EP3134455A2 - Composition pour la fabrication de résines vitriméres de type epoxy/anhyride comprenant un polyol - Google Patents

Composition pour la fabrication de résines vitriméres de type epoxy/anhyride comprenant un polyol

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EP3134455A2
EP3134455A2 EP15720384.5A EP15720384A EP3134455A2 EP 3134455 A2 EP3134455 A2 EP 3134455A2 EP 15720384 A EP15720384 A EP 15720384A EP 3134455 A2 EP3134455 A2 EP 3134455A2
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EP
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composition
polyol
catalyst
composition according
compounds
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EP15720384.5A
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Christophe Duquenne
Michel Melas
Sylvain BEAUDRAIS
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Arkema France SA
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Arkema France SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
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    • C08G59/40—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/42—Polycarboxylic acids; Anhydrides, halides or low molecular weight esters thereof
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    • C08L2203/30—Applications used for thermoforming

Definitions

  • the present invention relates to a composition
  • a composition comprising, in addition to a thermosetting resin of the epoxy type and / or a hardener, at least one polyol and at least one vitrimer effect catalyst.
  • This composition allows the manufacture of vitrimeric resins, that is to say deformable resins in the thermoset state.
  • thermoset resins have the advantage of having high mechanical, thermal and chemical resistance and for this reason can replace metals in certain applications. They have the advantage of being lighter than metals. They can also be used as matrices in composite materials, as adhesives, and as coatings.
  • thermoset polymers there may be mentioned unsaturated polyesters, phenoplasts, polyepoxides, polyurethanes, aminoplasts.
  • thermosetting resins must be used, in particular they must be molded so as to obtain from the outset the form suitable for the end use. Indeed, no transformation is no longer possible once the resin is polymerized, except machining that often remains delicate. Flexible or hard parts and composites based on thermosetting resins are not transformable or workable, they can not be recycled or welded.
  • thermoplastics In addition to thermosetting resins, a class of polymer materials, thermoplastics, has been developed. Thermoplastics can be shaped at high temperature by molding or injection but have less desirable mechanical and thermal and chemical properties than thermoset resins.
  • thermoplastics can be carried out only in very narrow temperature ranges. Indeed, when heated, thermoplastics become liquids whose fluidity varies abruptly in the vicinity of melting and glass transition temperatures, which does not allow them to apply a variety of processing methods that exist for glass and for metals, for example. However, melted thermoplastic resins generally have viscosities that are generally too high to lend themselves to the impregnation of fabrics in order to obtain composite materials.
  • thermosets have been designed to combine the advantages of thermosets and thermoplastics. These materials exhibit both the mechanical and solvent resistant properties of thermoset resins and the ability to be reshaped and / or repaired thermoplastic materials.
  • the viscosity of the vitrimers varies slowly with temperature, which allows them to be used for the production of objects having particular shapes incompatible with a molding process, without using a mold or precisely controlling the shaping temperature .
  • vitrimers are related to the ability of their network to reorganize beyond a certain temperature, without modifying the number of intramolecular bonds or depolymerizing, under the effect of internal exchange reactions. These reactions cause stress relaxation within the material which becomes malleable, while maintaining its integrity and remaining insoluble in any solvent. These reactions are made possible by the presence of a catalyst.
  • these materials actually have advantageous vitrimeric properties, it has been demonstrated that they could be further improved by adding a polyol to the compositions used for their preparation, in that the stresses developed within the materials are relaxed. more complete and faster, at constant catalyst level, without their thermal stability being affected. It has also been observed that under certain conditions the introduction of a polyol to the vitrimer formulation does not modify, or slightly, the glass transition temperatures: these results were unexpected insofar as the addition of a polyol in Thermosetting formulations tend to have a plasticizing effect. These materials thus have better deformation properties, which are more compatible with an industrial thermoforming process.
  • thermosetting resin is meant a monomer, oligomer, prepolymer, polymer or any macromolecule capable of being chemically crosslinked. More preferred is a monomer, oligomer, prepolymer, polymer or any macromolecule capable of being chemically crosslinked when it is reacted with a hardener (also called a crosslinking agent) in the presence of a source of energy, for example heat or radiation, and possibly a catalyst.
  • a hardener also called a crosslinking agent
  • thermoset resin or “thermoset” is meant a thermosetting resin chemically crosslinked so that its gel point is reached or exceeded.
  • gel point is meant the degree of crosslinking from which the resin is almost no longer soluble in the solvents. Any method conventionally used by those skilled in the art may be implemented to verify it. For example, it is possible to implement the test described in application WO 97/23516, page 20.
  • a resin is considered to be thermoset within the meaning of the invention since its gel level, that is to say the percentage of its residual mass after solventization relative to its initial mass before solvent setting, is equal to or greater than 75%.
  • hardener refers to a crosslinking agent capable of crosslinking a thermosetting resin. This is a generally polyfunctional compound carrying anhydride type and / or acid functions capable of reacting with reactive functions carried by the resin.
  • vitrimer effect catalyst is meant a catalyst which facilitates the internal exchange reactions within a thermoset resin so as to render it deformable.
  • This catalyst will be able to satisfy in particular the test described in the publication WO2012 / 101078, on pages 14-15.
  • polyol means a compound comprising at least two hydroxyl functions, in particular a linear, branched or cyclic alkane containing at least two hydroxyl functional groups.
  • thermosetting resin of the epoxy type and / or a hardener a thermosetting resin of the epoxy type and / or a hardener
  • the polyol is a compound containing at least two hydroxyl functions selected from: diols, and in particular glycols; polyalkylene glycols; triols; tetraols; polyvinyl alcohols and mixtures thereof;
  • organic or inorganic metal salts or complexes or organometallic compounds of metals chosen from rare earths, alkali metals and alkaline earth metals, and in particular the compounds of Al, Se, Ti, Mg, Mn, Fe Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn, Hf, Pb, Bi, Sb, In, Li, Na, K;
  • composition does not comprise a compound comprising an associative group and a function allowing its grafting on the thermosetting resin.
  • the invention further relates to the use of the above-mentioned composition for the manufacture of a hot deformable thermoset resin object, and an object comprising a thermoset resin obtained from the composition according to the invention.
  • thermoset resin also relates to a method of deformation of an object as defined above, such as a method of assembly, welding, repair or recycling, including the application to this object of a mechanical stress at a temperature (T) greater than the glass transition temperature Tg of the thermoset resin.
  • the composition according to the invention contains at least one vitrimer-effect catalyst. It is understood that this catalyst is present in the composition of the invention, in addition to the catalysts that may already be intrinsically present in the thermosetting resin and / or in the hardener, because of their preparation can be carried out in the presence of low-grade catalysts, or in addition to conventional epoxide ring opening catalysts.
  • This vitrimer effect catalyst is especially chosen from organic catalysts, metal compounds and mixtures thereof.
  • organic vitrimer-forming catalyst preferred compounds are 4-pyrrolidinopyridine and dimethylaminopyridine; the guanidine compounds of formula (I), and mixtures thereof:
  • X denotes a nitrogen atom or a group -CH-
  • R 1 denotes a hydrogen atom, a C 1 -C 6 alkyl group or a phenyl group which may be substituted by a C 1 -C 4 alkyl group,
  • R 2 , R 3 and R 4 independently denote a hydrogen atom, a C 1 -C 6 alkyl group, or a phenyl group which may be substituted by a C 1 -C 4 alkyl group, or an acetyl group,
  • R 1 and R 2 together with the atoms to which they are bonded form a saturated or unsaturated heterocycle and / or R 3 and R 4 together with the atoms to which they are bonded form a saturated or unsaturated heterocycle
  • R 1 and R 2 together with the atoms to which they are attached form a saturated or unsaturated, preferably unsaturated, heterocycle
  • R 3 and R 4 together with the atoms to which they are bonded form a saturated heterocycle or unsaturated, preferably saturated.
  • C 1 -C 6 alkyl or phenyl groups are unsubstituted, and do not include a nitrogen atom.
  • guanidine catalysts examples include as follows:
  • the guanidine type catalyst is triazabicyclodecene (TBD).
  • TBD triazabicyclodecene
  • organic or inorganic metal salts or complexes mention may be made in particular of phosphates, carbonates, oxides, hydroxides, sulfides, carboxylates, alkoxides, acetylacetonates or diketimines, or organometallic compounds of metals chosen from Ti, Zn, Zr and Bi.
  • Zinc acetylacetonate or Zn (acac) 2 and titanium alkoxides, such as titanium propoxide, titanium isopropoxide, titanium butoxide and the compounds used, are used as the metal vitreous effect catalyst. resulting from the reaction of these alcoholates with glycols, such as the compounds obtained according to the following reaction:
  • n 0 to 100
  • the catalyst represents from 0.1 to 50 mol%, preferably from 0.1 to 15 mol%, more preferably from 0.5 to 10 mol%, relative to the molar amount of epoxy functions contained in said thermosetting resin.
  • composition according to the invention may also comprise at least one thermosetting resin hardener, called “acid hardener”, which may be of carboxylic acid anhydride type, that is to say having at least one -C ( 0) -O-C (O) -, or of acid type, comprising at least two carboxylic acid functional groups -C (O) OH.
  • the acidic hardener comprises at least three acid functions (whether in free carboxylic acid or acid anhydride form). This makes it possible to create a three-dimensional network when such a hardener is used to crosslink a thermosetting resin.
  • Cyclic anhydrides such as, for example, phthalic anhydride, nadic or methylnadic anhydride, dodecenylsuccinic anhydride (DDSA), glutaric anhydride, can be used as anhydride hardeners; partially or fully hydrogenated aromatic anhydrides such as tetrahydrophthalic anhydride, or methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride or methylhexahydrophthalic anhydride; and their mixtures.
  • DDSA dodecenylsuccinic anhydride
  • glutaric anhydride can be used as anhydride hardeners; partially or fully hydrogenated aromatic anhydrides such as tetrahydrophthalic anhydride, or methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride or methylhexahydrophthalic anhydride; and their mixtures.
  • anhydride hardeners of succinic anhydride, maleic anhydride, trimellitic anhydride, the adduct of trimellitic anhydride and of ethylene glycol, chlorendic anhydride, tetrachlorophthalic anhydride and pyromellitic dianhydride.
  • PMDA 1,2,3,4 cyclopentanetetracarboxylic acid dianhydride
  • aliphatic acid polyanhydrides such as polyazelaic polyanhydride, polysebacic polyanhydride and mixtures thereof.
  • Anhydrous hardener can also be mentioned as the commercial hardener HY905® sold by Huntsman, which and a liquid mixture of several anhydrides.
  • acidic hardeners which can be used in accordance with the invention, mention may be made of carboxylic acids comprising from 2 to 40 carbon atoms, fatty acid derivatives and mixtures thereof.
  • Acid hardeners may also be linear diacids such as glutaric, adipic, pimelic, suberic, azelaic, sebacic, succinic, dodecanedioic acids and their higher-weight counterparts; and their mixtures.
  • Acetic diacids such as ortho-, meta- or paraphthalic acid, trimellitic acid, terephthalic acid or naphthalenedicarboxylic acid, as well as their more or less alkylated and / or partially alkylated derivatives may also be used as acid hardeners.
  • hydrogenated for example (methyl) tetrahydrophthalic acid, (methyl) hexahydrophthalic acid, (methyl) nadic acid; and their mixtures.
  • fatty acid derivative with reference to the acidic hardener, is preferably meant a fatty acid, a fatty acid ester, a triglyceride, a fatty acid and fatty alcohol ester, an acid oligomer fatty acids, in particular a fatty acid dimer (oligomer of 2 identical or different monomers) or a trimer of fatty acid (oligomer of 3 identical or different monomers), and mixtures thereof.
  • trimers of fatty acids or a mixture of dimers and trimers of fatty acids advantageously comprising from 2 to 40 carbon atoms, advantageously of plant origin.
  • unsaturated fatty acids such as: undecylenic acid, myristoleic acid, palmitoleic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, ricinoleic acid, eicosenoic acid, docosenoic acid, which is usually found in pine oils, rapeseed, corn, sunflower, soybean, grape seed, flax, jojoba, as well as the eicosapentaenoic and docosahexaenoic acids found in fish oils; and their mixtures.
  • a fatty acid trimer is the compound of the following formula, which illustrates a cyclic trimer derived from fatty acids containing 18 carbon atoms, given that the compounds available commercially are mixtures of steric isomers and isomers of position of this structure, possibly partially or totally hydrogenated.
  • fatty acid oligomers containing dimers, trimers and monomers of linear or cyclic C18 fatty acids, said mixture being predominant in dimers and trimers and containing a small percentage (usually less than 5%) of monomers.
  • said mixture comprises:
  • dimeric / trimeric mixtures of fatty acids are:
  • Croda's Pripol® 1048 a blend of 50% to 50% dimers / trimers
  • Croda's Pripol® 1013 a mixture of 95-98% dimers and 2-4% trimers with a maximum of 0.2% acids fatty monomers
  • Pripol® 1006 from Croda a mixture of 92-98% dimers and up to 4%) trimers with a maximum of 0.4% of monomeric fatty acids
  • Croda Pripol® 1040 a mixture of fatty acid dimers and trimers with at least 75% trimers and less than 1% monomeric fatty acids
  • Unidyme® 40 from Arizona Chemicals, a mixture of 65% dimers and 35%) trimers with less than 1% monomeric fatty acids
  • Empol® 1018 from Cognis, a mixture of 81% of dimers and 14%> of higher oligomers, essentially of which trimers, with about 5% of monomeric fatty acids,
  • Oleon Radiacid® 0980 a mixture of dimers and trimers with at least 70% trimers.
  • Pripol®, Unidyme®, Empol®, and Radiacid® products include C 8 fatty acid monomers and fatty acid oligomers corresponding to Cl 8 multiples.
  • acid hardeners of polyoxoalkylenes (polyoxoethylene, polyoxopropylene, etc.) having carboxylic acid functions at the ends, polymers having carboxylic acid functions at the ends, having a branched or unbranched structure, advantageously chosen from polyesters and polyamides and preferably from polyesters; and their mixtures.
  • polyoxoalkylenes polyoxoethylene, polyoxopropylene, etc.
  • polymers having carboxylic acid functions at the ends having a branched or unbranched structure, advantageously chosen from polyesters and polyamides and preferably from polyesters; and their mixtures.
  • acidic hardener phosphoric acid It may also be mentioned as acidic hardener phosphoric acid.
  • the amount of hardener is such that the number of moles of epoxide functions of the resin can range from 50 to 300%, preferably from 100% to 200%, preferably from 125 to 150%, relative to the number of moles of functions. acid or anhydride of the hardener.
  • composition according to the invention may also comprise at least one thermosetting resin comprising at least one and advantageously several epoxide functions and optionally at least one and advantageously several free hydroxyl functions and / or ester functions.
  • a resin will be referred to as an "epoxy resin”.
  • the epoxy resin is at least 10% by weight, at least
  • thermosetting resin 20% by weight, at least 40% by weight, at least 60% by weight, or even 100% by weight, of the total weight of thermosetting resin present in the composition.
  • the glycidyl epoxy resins are themselves classified as glycidyl ether, glycidyl ester and glycidyl amine.
  • the non-glycidyl epoxy resins are of the aliphatic or cycloaliphatic type.
  • the glycidyl epoxy resins are prepared by a condensation reaction of a diol, diacid or diamine with epichlorohydrin.
  • the non-glycidyl epoxy resin is formed by peroxidation of the olefinic double bonds of a polymer.
  • DGEBA bisphenol A diglycidyl ether
  • DGEBA-based resins have excellent electrical properties, low shrinkage, good adhesion to many metals and good resistance to moisture, mechanical shock and good thermal resistance.
  • the properties of the DGEBA resins depend on the value of the degree of polymerization n, which itself depends on the stoichiometry of the synthesis reaction. As a general rule, n varies from 0 to 25.
  • Novolac epoxy resins are glycidyl ethers of phenolic novolac resins. They are obtained by reacting phenol with formaldehyde in the presence of an acid catalyst to produce a novolac phenolic resin, followed by reaction with epichlorohydrin in the presence of sodium hydroxide as a catalyst.
  • Novolac epoxy resins generally contain several epoxy groups. The multiple epoxide groups make it possible to produce thermoset resins of high crosslinking density. Novolac epoxy resins are widely used to make materials for microelectronics because of their superior resistance to high temperature, excellent moldability, and superior mechanical, electrical, heat and humidity.
  • DGEBA bisphenol F diglycidyl ether, novolac resins
  • TMPTGE 1, 4-butanediol diglycidyl ether
  • ARALDITE CY184 ® of formula (II) above the TGIC , epoxidized soybean oil and mixtures thereof. More preferably still, it is DGEBA.
  • composition according to the invention further comprises at least one polyol, that is to say a compound containing at least two hydroxyl functions.
  • polyol that is to say a compound containing at least two hydroxyl functions.
  • examples of such compounds are in particular linear or branched polyhydroxyalkanes having no amine function.
  • diols there may be mentioned 1,3-propylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,5-hexanediol, 1,6-hexanediol and butadiene diol.
  • glycols include ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, neopentyl glycol; the polyalkylene glycols are chosen in particular from polyethylene glycols (PEG) or polypropylene glycols (PPG); the preferred triols are glycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane (TMP), trimethylolbutane and 1,2,6-hexanetriol; it is also possible to use a tetraol, for example erythritol or pentaerythritol. It is preferred to use as polyol, glycerol, trimethylolpropane or pentaerythritol.
  • the polyol may represent from 0.5% to 40% and preferably from 2% to 25% by moles of hydroxy functions, relative to the number of moles of epoxide functions of the thermosetting resin.
  • composition of the invention may optionally comprise one or more additional compounds, insofar as their presence does not alter the advantageous properties that result from the invention.
  • additional compounds are: polymers, pigments, dyes, fillers, plasticizers, long or short fibers, woven or not, flame retardants, antioxidants, lubricants, wood, glass, metals and their mixtures.
  • thermosetting resin and / or hardener ranges from 10% to 90% by weight, in particular from 20% to 80% by weight or even 30% to 70% by weight, relative to the total weight of the composition, the 100% complement being supplied by the catalyst, the polyol and optionally by additional compounds chosen from the abovementioned compounds.
  • thermoset elastomers thermoplastics, thermoplastic elastomers, impact additives and mixtures thereof.
  • pigments insoluble colored particles in the composition of the invention.
  • pigments that may be used according to the invention, mention may be made of titanium oxide, carbon black, carbon nanotubes, metal particles, silica, metal oxides, metal sulfides or any other mineral pigment.
  • dyes By dyes is meant soluble molecules in the composition of the invention and having the ability to absorb a portion of the visible radiation.
  • fillers that may be employed in the composition of the invention, there may be mentioned fillers conventionally used in polymer formulations. It may be mentioned without limitation: silica, clays, carbon black, kaolin, talc, calcium carbonate, whiskers and mixtures thereof.
  • the presence, in the composition of the invention, of pigments, dyes or fibers capable of absorbing radiation, or mixtures thereof, can serve to ensure the heating of a material or an object made from such a composition, by means of a radiation source such as a laser.
  • compositions of the invention may be used for heating a material or an article made from such a composition, by Joule effect, by induction or by microwaves. Such heating may allow the implementation of a method of manufacturing, processing or recycling a material or an object according to a method which will be described later.
  • additional compounds may also be chosen from one or more other catalysts and / or hardeners, of any type known to those skilled in the art, playing these roles insofar as they do not alter the advantageous properties resulting from the invention. They will be referred to as “additional catalyst” and “additional hardener”.
  • the composition described herein contains one or more additional catalysts that are specific to the epoxide opening, such as:
  • tertiary amines optionally blocked, for example: 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol (for example sold under the name Ancamine), o- (dimethylaminomethyl) phenol, benzyldimethylamine (BDMA), 1, 4-diazabicyclo (2,2,2) octane (DABCO), methyltribenzyl ammonium chloride.
  • 2,4,6-tris dimethylaminomethyl) phenol
  • Ancamine o- (dimethylaminomethyl) phenol
  • BDMA benzyldimethylamine
  • DABCO 1, 4-diazabicyclo (2,2,2) octane
  • methyltribenzyl ammonium chloride for example: 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol (for example sold under the name Ancamine), o- (dimethylaminomethyl) phenol, benzyldimethylamine (BDMA), 1, 4-diazabic
  • imidazoles such as 2-methylimidazole (2-MI), 2-phenylimidazole (2-PI), 2-ethyl-4-methyl-imidazole (EMI), 1-propylimidazole, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, 1- (2-hydroxypropyl) imidazole.
  • phosphoniums tetraalkyl and alkyltriphenylphosphonium halides.
  • polyacid amine salts aniline-formaldehyde condensates, N, N-alkanolamines, trialkanolamines borates, fluoroborates such as boron trifluoride monoethylamine (BF3-MEA), organosubstituted phosphines, quaternary monoimidazoline salts , mercaptans, polysulfides.
  • fluoroborates such as boron trifluoride monoethylamine (BF3-MEA), organosubstituted phosphines, quaternary monoimidazoline salts , mercaptans, polysulfides.
  • the epoxide opening catalyst is chosen from: tertiary amines, imidazoles, and mixtures thereof.
  • (Hetero) aromatic amines such as 2-methylimidazole and tris (dimethylaminomethyl) phenol are more particularly preferred for use in this invention.
  • the additional epoxide-opening catalyst is advantageously used in the composition in a proportion of 0.1% to 5% by mole relative to the number of moles of epoxy functional groups carried by the thermosetting resin.
  • the additional catalyst for vitrimer effect may for example be present in the composition of the invention in a proportion of 0.1 to 10% by weight and preferably from 0.1 to 5% by weight relative to the total weight of the composition.
  • an additional hardener makes it possible to obtain, for the materials manufactured in fine, a wide range of mechanical properties at ambient temperature (for example control of the glass transition temperature and / or the modulus of a thermoset resin).
  • epoxy resin hardeners in particular those selected from amines, polyamides, phenolic resins, isocyanates, polymercaptans, dicyandiamides and mixtures thereof.
  • an additional amine type hardener may be chosen from primary or secondary amines having at least one -NH 2 function or two -NH functions and from 2 to 40 carbon atoms.
  • These amines may for example be chosen from aliphatic amines such as diethylene triamine, triethylene tetramine, tetraethylene pentamine, dihexylene triamine, cadaverine, putrescine, hexanediamine, spermine, isophorone diamine, as well as aromatic amines such as phenylene diamine, diamino diphenylmethane, diamino diphenylsulfone, methylenebischlorodiethylaniline, meta-xylylene diamine (MXDA) and its hydrogenated derivatives such as 1,3-bis (aminomethylcyclohexane) (1,3-BAC) ); and their mixtures.
  • MXDA meta-xylylene diamine
  • An additional amine-type hardener may be further selected from polyetheramines, for example Huntsman JEFFAMINE®, optionally in admixture with other additional hardeners.
  • Preferred additional hardeners include diethylenetriamine, triethylenetetramine, hexanediamine, and mixtures thereof.
  • the compounds of the composition according to the invention are either commercially available or easily synthesizable by those skilled in the art from commercially available raw materials.
  • composition of the invention can be obtained by simply bringing into contact the compounds it contains. This contacting is preferably carried out at a temperature ranging from 15 ° C. to 130 ° C., in particular from 50 ° C. to 125 ° C. The contacting can be carried out with or without homogenization means.
  • the process comprises a first step in which the catalyst is pre-introduced into the resin or hardener, preferably into the hardener.
  • the catalyst can then be in the form of a dispersion if it is a powder or a solution. This dispersion or dissolution can be carried out at room temperature or hot to obtain the desired viscosity characteristics.
  • the polyol is generally introduced with one of the components of the composition, in particular it is incorporated in the hardener, and can thus facilitate the solubilization of the catalyst in the hardener.
  • composition according to the invention may be prepared from a kit comprising at least:
  • a first composition comprising the catalyst alone, or with the hardener or thermosetting resin or the polyol;
  • thermosetting resin optionally a fourth composition comprising the thermosetting resin.
  • compositions can be stored together or separately. It is also possible to store some of the compositions together while keeping them separate from the other compositions.
  • compositions are stored generally at room temperature.
  • the composition comprising the catalyst also comprises the hardener and the polyol.
  • the third and fourth compositions are both present in the kit, they are in a package adapted to prevent a crosslinking reaction between the thermosetting resin and the hardener from occurring without the intervention of an operator.
  • the packaging may consist of a container having two or three or four internal compartments for separate storage of each of the compositions.
  • the kit may consist of a single container containing a mixture of the two or three compositions in appropriate quantities. In the latter case, the intervention of the operator is advantageously limited to heating.
  • kit consisting of several separate bottles associated in the same package and each comprising the appropriate amounts of each of the compositions for the preparation of the composition of the invention, so as to prevent the user from weighing operations and or dosing.
  • composition described above can be used for the manufacture of a hot deformable thermoset resin object.
  • a relaxation time T necessary to obtain a normalized stress value equal to 1 / e at a temperature equal to Tg + 100 ° C and / or at 200 ° C, which is less than 5000 seconds, preferably less than 2000 seconds , more preferably less than 1000 seconds,
  • the invention also relates to an object comprising a thermoset resin obtained from at least one composition according to the invention.
  • object in the sense of the present invention, a piece in three dimensions. This definition includes coatings, films, sheets, ribbons, etc.
  • the objects according to the invention may especially consist of coatings deposited on a support, such as a protective layer, a paint or an adhesive film. We also include powders, granules, etc ...
  • the object according to the invention can be manufactured according to a manufacturing method comprising:
  • composition comprising an epoxy type thermosetting resin, a hardener, a vitrimer and a polyol from the composition according to the invention
  • thermoset resin d) cooling the thermoset resin.
  • the steps a) b) c) of the process can be successive or simultaneous.
  • composition can be carried out in a mixer of any type known to those skilled in the art. It can in particular be done by contacting the compositions described in connection with the kit so as to form a composition according to the invention.
  • the shaping can be carried out by any technique known to those skilled in the field of thermosetting resins, especially by molding.
  • the invention makes it possible to provide also other forming modes such as casting, filament winding, continuous or interlayer molding, infusion, pultrusion, resin transfer molding or RTM. (for "resin transfer molding"), reaction-injection-molding (or RIM) or any other methods known to those skilled in the art, as described in the books "Epoxy Polymer", edited by JP Pascault and RJJ Williams, Wiley-VCH, Weinheim 2010 or “Industrial Chemistry", by R. Perrin and J. P. Scharff, Dunod, Paris 1999.
  • the shaping may consist of a setting into the form of powder or grains by any technique known to those skilled in the art. Mechanical grinding can also be performed at the end of step d).
  • the shaping of the composition in the form of a coating it is advantageous to use any method known in the art, in particular: the application of the composition by brush or roller; dipping a support to be coated in the composition; the application of the composition in the form of a powder.
  • thermoset resin composition of the prior art If one tries to shape a thermoset resin composition of the prior art in the same manner as described above, the material or object obtained is no longer deformable or repairable, nor recyclable once the point of resin gel is reached or exceeded.
  • the application of a moderate temperature to such an object according to the prior art does not lead to any observable or measurable transformation, and the application of a very high temperature leads to the degradation of this object.
  • the objects of the invention because they are made from a composition according to the invention, can be deformed, welded, repaired and recycled by raising their temperature.
  • applying an energy for the hardening of the resin is generally meant a rise in temperature.
  • the application of an energy for the hardening of the resin may for example consist of heating at a temperature ranging from 50 to 250 ° C, for example from 50 to 120 ° C.
  • an activation by radiation for example by UV radiation or electron beam, or by chemical means, in particular radical, for example by means of peroxides.
  • thermoset resin The cooling of the thermoset resin is usually carried out by allowing the material or the object to return to ambient temperature, with or without the use of a cooling means.
  • An object according to the invention can be composite. It can in particular result from the assembly of at least two objects, at least one of which, and advantageously both, comprises at least one thermoset resin obtained from at least one composition according to the invention.
  • thermoset resin obtained from at least one composition according to the invention, with layers of wood, metal, or glass.
  • An object of the invention may also comprise one or more additional components chosen from those mentioned above and in particular: polymers, pigments, dyes, fillers, plasticizers, long or short fibers, woven or otherwise, retarding agents flame, antioxidants, lubricants, wood, glass, metals.
  • additional compounds can be introduced before, during or after step a).
  • thermoset resins obtained as described herein have the advantage of having a slow variation in viscosity over a wide range of temperatures, which makes the behavior of an object of the invention comparable to that of inorganic glasses and allows them to be applied to them. deformation processes that are not generally applicable to conventional thermosets.
  • the object as described above can be deformed according to a method comprising the application to the object of a mechanical stress at a temperature (T) greater than the glass transition temperature.
  • Assembly, welding, repair and recycling constitute a particular case of this deformation process.
  • the deformation process comprises the application to the object of the invention of a mechanical stress at a temperature (T) greater than the glass transition temperature Tg of the thermoset resin that it contains.
  • mechanical stress is meant in the sense of the present invention, the application of a mechanical force, locally or on all or part of the object, the mechanical force tending to a shaping or deformation of the object.
  • mechanical stresses that may be employed are: pressure, molding, kneading, extrusion, blowing, injection, stamping, twisting, bending, pulling and shearing. This may be, for example, a twist applied to the subject of the invention in the form of a ribbon.
  • This may be a pressure applied by means of a plate or a mold on one or more faces of an object of the invention, the stamping of a pattern in a plate or a leaf. It may also be a pressure exerted in parallel on two objects of the invention in contact with each other so as to cause a welding of these objects.
  • the mechanical stress may consist of mixing, for example within a mixer or around the screw of an extruder. It can also consist of an injection or an extrusion.
  • the mechanical stress may also consist of blowing, which may for example be applied to an object sheet of the invention.
  • the mechanical stress may also consist of a multiplicity of distinct constraints, of the same nature or not, applied simultaneously or sequentially to all or part of the object of the invention, or in a localized manner.
  • This deformation process may include a step of mixing or agglomeration of the subject of the invention with one or more additional components chosen from those mentioned above and in particular: polymers, pigments, dyes, fillers, plasticizers, long or short fibers, woven or not, flame retardants, antioxidants, lubricants.
  • the rise in the temperature in the deformation process can be achieved by any means known as heating by conduction, convection, induction, point, infrared, microwave or radiant.
  • the means for causing a rise in temperature for the implementation of the methods of the invention include: an oven, a microwave oven, a heating resistor, a flame, an exothermic chemical reaction, a laser beam, an iron ironing, a hot air gun, an ultrasonic tank, a heating punch ...
  • the temperature rise can be made to compensate or not and its duration is adapted to the expected result.
  • the new form can be free from any residual stress.
  • the object is thus not weakened or fractured by the application of mechanical stress. And if the deformed object is reheated later, it will not return to its original form.
  • the internal exchange reactions that occur at high temperatures favor a reorganization of the crosslinking points of the network of the thermoset resin so as to cancel the mechanical stresses.
  • a sufficient heating time makes it possible to cancel completely these mechanical stresses internal to the object which were caused by the application of the external mechanical stress.
  • This method therefore makes it possible to obtain complex shapes that are stable, difficult or even impossible to obtain by molding, from simpler elementary shapes. In particular, it is very difficult to obtain by molding forms resulting from a twist.
  • the choice of conditions of temperature, duration of heating under stress and appropriate cooling makes it possible to transform an object of the invention while controlling the persistence of certain internal mechanical stresses within this object, then, if the object thus transformed is subsequently reheated, a new controlled deformation of this object by controlled release of the constraints can be made.
  • the object obtained according to the invention can also be recycled:
  • an object of the invention broken or damaged is repaired by a deformation process as described above and can thus recover its previous use function or another function;
  • the object is reduced to particles by application of mechanical grinding, and the particles thus obtained are then implemented in a method of manufacturing an object according to the invention.
  • the particles are simultaneously subjected to a rise in temperature and to a mechanical stress allowing their transformation into an object according to the invention.
  • the mechanical stress allowing the transformation of the particles into an object may for example comprise compression in a mold, kneading, and / or extrusion.
  • This method makes it possible in particular, by applying a sufficient temperature and an appropriate mechanical stress, to mold new objects from the objects of the invention.
  • Another advantage of the invention is that it makes it possible to manufacture objects based on thermoset resin from solid raw materials.
  • These solid raw materials are thus objects according to the invention in the form of parts, an elementary unit or a set of elementary units.
  • Elementary units means parts which have a shape and / or an aspect adapted to their subsequent transformation into an object, for example: particles, granules, balls, rods, plates, sheets, films, ribbons, rods, tubes etc ....
  • set of elementary units is meant at least 2 elementary units, for example at least 3, at least 5, at least 10, or even at least 100 elementary units.
  • Another advantage of this method is to allow the recycling of the new manufactured object, it can be repackaged in the form of units or elementary parts which can in turn be shaped in accordance with the invention.
  • the recycling method of an object of the invention may comprise:
  • thermosetting resins in particular those of epoxy resins, in particular the automobile (which includes any type of motorized vehicle including heavy goods vehicles), aeronautics, and boating.
  • the automobile which includes any type of motorized vehicle including heavy goods vehicles
  • aeronautics and boating.
  • compositions, materials and objects of the invention may for example be incorporated in formulations, especially with typical additives such as fillers, antioxidants, flame retardants, UV protectors, pigments, dyes.
  • the formulations can for example be used for coating paper, inks, paints.
  • the materials or objects of the invention can be used in the form of powders, granules, or else be incorporated in composite materials, in particular those comprising glass, carbon, aramid, or plant-based fibers ( flax fiber, hemp, ). These fibers may be long fibers or short fibers, woven or not.
  • the compositions of the invention can also be applied as coatings, for example as a metal protection varnish, pipe protection, soil protection.
  • compositions of the invention can also be used to manufacture adhesives, advantageously thermally crosslinkable or photo-crosslinkable, to encapsulate connectors (the composition of the invention can be applied by potting or injection), to produce electrical insulator parts or even to make prototypes.
  • a vitrimer material was prepared as described below.
  • DGEBA type epoxy resin (DOW DER332, Equivalent Epoxy Weight: 174 g / eq) in the form of a viscous liquid, as well as TBD (ALDRICH) in a proportion of 1 mol% of catalyst per mole of functions. epoxide.
  • the beaker was placed in an oil bath thermostated at 100-120 ° C until the catalyst dissolved in the resin to obtain a homogeneous and transparent mixture.
  • MTHPA methyl tetrahydrophthalic anhydride
  • sample 1 a sample of this material was subjected to dynamic mechanical analysis (DMA). Precisely, a bar of dimensions 10x30x3mm was fixed between two clamps and biased in rectangular torsion (deformation imposed by 0.05%) in a RDA3 apparatus of RHEOMETRIC SCIENTIFIC, with a frequency of 1 Hz, performing a temperature sweep of 25 to 250 ° C with a temperature ramp of 3 ° C / min.
  • the value of Ta was determined at the peak of the peak of the tan curve, and is hereinafter considered as the Tg of the sample, whereas the conservation modulus G 'was determined on the rubber plateau at 200 ° C. .
  • This material had a Tg of 148 ° C and a conservation modulus G 'of 14 MPa.
  • Example 2 Synthesis of an Epoxy-Anhydride Network in the Presence of 1% of TBD and a Polyol
  • Three samples were prepared identically to the sample of Example 1 except that a polyol was added to the reaction mixture, incorporated in liquid form in anhydride.
  • the Tg and the conservation modulus G 'of the materials thus obtained were also measured, which are summarized in Table 1 below.
  • these polyols make it possible to slightly increase the modulus of conservation of the materials, which reflects their crosslinking density, without substantially affecting their Tg This shows that the polyols have been incorporated into the polymer network and do not behave like plasticizers, contrary to what could have been expected.
  • a sample of material (3) was prepared identically to Example 1 except that the catalyst was replaced by DBU (diazabicycloundecene). This material has a Tg of 132 ° C. and a storage modulus at 200 ° C. of 13.6 MPa.
  • DBU diazabicycloundecene
  • Sample (4) was prepared identically to the sample of Example 3 except that a polyol (TMP) was added in liquid form to the reaction mixture.
  • TMP polyol
  • This material has a Tg of 132 ° C. and a storage modulus at 200 ° C. of 12.4 MPa.
  • Comparative Example 5 Synthesis of an Epoxy-Anhydride Network in the Presence of 10% Zinc Acetylacetonate
  • a sample of material (5) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the catalyst was replaced by zinc acetylacetonate or Zn (acac) 2, with a molar ratio of epoxide functions of the resin to the functions Hardener anhydride of 1/1.
  • This material has a Tg of 130 ° C. and a storage modulus at 200 ° C. of 13.5 MPa.
  • a sample (6) was prepared in a manner identical to the sample of Example 5 except that a polyol (TMP) was added in liquid form to the reaction mixture.
  • TMP polyol
  • This material has a Tg of 125 ° C. and a storage modulus at 200 ° C. of 11 MPa.
  • the samples 1, 2a to 2c, 3 to 6 were subjected to an experiment consisting in imposing on a test tube of 40x20x2mm a deformation under a nitrogen flow, in 3-point bending, using a Metravib apparatus of type DMA50N, after the sample has been heated to a temperature equal to Tg + 100 ° C or 200 ° C, and stabilized for 5 min at this temperature.
  • the evolution of the stresses induced in the material to maintain the constant deformation is monitored for 5000 seconds and measured using a sensor.
  • the sample is then given a force equal to zero and the deformation (recovery) of the sample is measured for an additional 5000 seconds.
  • the normalized stress (G / Go) is then plotted as a function of time, and for each test, the relaxation time ⁇ required to obtain a normalized stress value equal to 1 / e, as well as the percentage of stresses relaxed at 1 / e, are recorded. 5000 seconds, hereinafter referred to as 5 ⁇ 8 .
  • the catalysts according to the invention make it possible to obtain materials capable of relaxing their stresses as completely, and more rapidly, than the material obtained in FIG. absence of polyol in the reaction mixture (samples 1, 3 and 5). They therefore have better vitrimeric properties.
  • the thermal stability of the material of Examples 2a and 2b was evaluated. The results were compared with those obtained with the material of Comparative Example 1. The measurement was carried out by ATG on a TGA7 Perkin Elmer apparatus, by carrying out a temperature sweep of 25 ° C. to 500 ° C. in accordance with FIG. ramp of 10 ° C / min.

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Abstract

La présente invention se rapporte à une composition renfermant, outre une résine thermodurcissable de type époxy et/ou un durcisseur, au moins un catalyseur d'effet vitrimère et au moins un polyol choisi parmi les alcanes linéaires, ramifiés ou cycliques renfermant au moins deux fonctions hydroxyle. Cette composition permet la fabrication de résines vitrimères, c'est-à-dire de résines déformables à l'état thermodurci. Elle concerne également un objet obtenu à partir de cette composition, ainsi qu'un procédé de déformation de cet objet.

Description

COMPOSITION POUR LA FABRICATION DE RESINES VITRIMERES DE TYPE EPOXY/ANHYRIDE COMPRENANT UN POLYOL
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte à une composition renfermant, outre une résine thermodurcissable de type époxy et/ou un durcisseur, au moins un polyol et au moins un catalyseur d'effet vitrimère. Cette composition permet la fabrication de résines vitrimères, c'est-à-dire de résines déformables à l'état thermodurci. ARRIERE-PLAN TECHNIQUE
Les résines thermodurcies (ou thermodurs) ont l'avantage de présenter une résistance mécanique, thermique et chimique élevée et pour cette raison peuvent remplacer les métaux dans certaines applications. Elles ont l'avantage d'être plus légères que les métaux. Elles peuvent aussi être employées comme matrices dans des matériaux composites, comme adhésifs, et comme revêtements. Parmi les polymères thermodurs, on peut citer les polyesters insaturés, les phénoplastes, les polyépoxydes, les polyuréthanes, les aminoplastes.
Les résines thermodurcissables classiques doivent être mises en œuvre, en particulier elles doivent être moulées de façon à obtenir d'emblée la forme adéquate pour l'utilisation finale. En effet, aucune transformation n'est plus possible une fois que la résine est polymérisée, hormis l'usinage qui reste souvent délicat. Les pièces souples ou dures et les composites à base de résines thermodurcissables ne sont ni transformables ni façonnables, ils ne peuvent pas être recyclés ni soudés.
Parallèlement aux résines thermodurcissables, une classe de matériaux polymères, les thermoplastiques, a été mise au point. Les thermoplastiques peuvent être mis en forme à haute température par moulage ou par injection mais ont des propriétés mécaniques et de résistance thermique et chimique moins intéressantes que celles des résines thermodurcies.
En outre, la mise en forme des thermoplastiques ne peut être réalisée que dans des gammes de température très étroites. En effet, lorsqu'ils sont chauffés, les thermoplastiques deviennent des liquides dont la fluidité varie abruptement au voisinage des températures de fusion et de transition vitreuse, ce qui ne permet pas de leur appliquer toute une variété de méthodes de transformation qui existent pour le verre et pour les métaux, par exemple. Les résines thermoplastiques fondues ont cependant des viscosités généralement trop élevées pour se prêter à l'imprégnation de tissus en vue de l'obtention de matériaux composites.
Dans ce contexte, de nouvelles résines ont été conçues dans le but d'allier à la fois les avantages des thermodurs et des thermoplastiques. Ces matériaux présentent à la fois les propriétés mécaniques et de résistance aux solvants des résines thermodurcies et la capacité à être refaçonnés et/ou réparés des matériaux thermoplastiques. Ces matériaux polymères qui sont capables de passer indéfiniment d'un état solide à un liquide viscoélastique, comme le verre, ont été désignés par "vitrimères". Contrairement aux thermoplastiques, la viscosité des vitrimères varie lentement avec la température, ce qui permet de les utiliser pour la fabrication d'objets ayant des formes particulières incompatibles avec un procédé de moulage, sans utiliser de moule ni contrôler précisément la température de mise en forme.
Les propriétés particulières des vitrimères sont liées à la capacité de leur réseau à se réorganiser au-delà d'une certaine température, sans modifier le nombre de liaisons intramoléculaires ni se dépolymériser, sous l'effet de réactions d'échange interne. Ces réactions entraînent une relaxation des contraintes au sein du matériau qui devient malléable, tout en conservant son intégrité et en restant insoluble dans tout solvant. Ces réactions sont rendues possibles par la présence d'un catalyseur. Dans le cas des vitrimères de type époxy- anhydride, comme dans celui des vitrimères de type époxy-acide, obtenus à partir d'une résine thermodurcissable de type époxy et d'un durcisseur de type anhydride ou acide respectivement, il a été suggéré d'utiliser comme catalyseur un sel métallique de zinc, d'étain, de magnésium, de cobalt, de calcium, de titane ou de zirconium, de préférence l'acétylacétonate de zinc (WO 2012/101078 ; WO 2011/151584). Il a en outre été proposé d'utiliser le triazabicyclodécène (TBD) comme catalyseur dans des systèmes à base de résine époxy et durcisseur acide (M. CAPELOT et al., AC S Macro Lett. 2012, 1, 789-792).
Si ces matériaux présentent effectivement des propriétés vitrimères avantageuses, il a été mis en évidence que celles-ci pouvaient être encore améliorées par ajout d'un polyol aux compositions utilisées pour leur préparation, en ce sens que les contraintes développées au sein des matériaux sont relaxées de manière plus complète et plus rapide, à taux de catalyseur constant, sans que leur stabilité thermique ne se trouve affectée. Il a également été observé que dans certaines conditions l'introduction d'un polyol à la formulation vitrimère ne modifiait pas, ou peu, les températures de transition vitreuse : ces résultats étaient inattendus dans la mesure où l'addition d'un polyol dans des formulations thermodurcissables a plutôt généralement un effet plastifiant. Ces matériaux présentent ainsi de meilleures propriétés de déformation, qui sont plus compatibles avec un procédé industriel de thermoformage.
La présence de polyol dans des compositions de résines époxy a déjà été décrite dans l'art antérieur, par exemple dans les documents WO 2009/089145, CA 1 338 243 ou US 2013/184379. Cependant, il ne s'agit pas de compositions vitrimères de type époxy/anhydride au sens de la présente invention, c'est-à-dire de résines thermodurcissables rendues déformables à l'état thermodurci par la présence d'un catalyseur d'effet vitrimère. Dans le document WO 2010/121392, un polyol, en particulier un diol, est préalablement réagi avec un anhydride cyclique de façon à obtenir un demi-ester utilisable comme durcisseur dans la formulation de résine époxy. DEFINITIONS
Par résine « thermodurcissable », on entend un monomère, oligomère, prépolymère, polymère ou toute macromolécule apte à être réticulé chimiquement. On entend plus préférentiellement un monomère, oligomère, prépolymère, polymère ou toute macromolécule apte à être réticulé chimiquement lorsqu'il est mis à réagir avec un durcisseur (encore appelé réticulant) en présence d'une source d'énergie, par exemple de chaleur ou de rayonnement, et éventuellement d'un catalyseur.
Par résine « thermodurcie » ou « à l'état thermodurci », on entend une résine thermodurcissable réticulée chimiquement de sorte que son point de gel soit atteint ou dépassé. Par "point de gel", on entend le degré de réticulation à partir duquel la résine n'est quasiment plus soluble dans les solvants. Toute méthode classiquement utilisée par l'homme du métier pourra être mise en œuvre pour le vérifier. On pourra par exemple mettre en œuvre le test décrit dans la demande WO 97/23516 page 20. Une résine est considérée comme thermodurcie au sens de l'invention dès lors que son taux de gel, c'est-à-dire le pourcentage de sa masse résiduelle après mise en solvant relativement à sa masse initiale avant mise en solvant, est égal ou supérieur à 75 %.
Le terme « durcisseur » désigne un agent réticulant apte à réticuler une résine thermodurcissable. Il s'agit ici d'un composé généralement polyfonctionnel, porteur de fonctions de type anhydride et/ou ou acide capables de réagir avec des fonctions réactives portées par la résine.
Par "catalyseur d'effet vitrimère", on entend un catalyseur qui facilite les réactions d'échange interne au sein d'une résine thermodurcie de façon à la rendre déformable.
Ce catalyseur pourra satisfaire en particulier au test décrit dans la publication WO2012/101078, aux pages 14-15.
Par "polyol" on entend, au sens de la présente invention, un composé comportant au moins deux fonctions hydroxyle, en particulier un alcane linéaire, ramifié ou cyclique renfermant au moins deux fonctions hydroxyle.
Lorsqu'il est fait référence à des intervalles, les expressions du type « allant de ... à ... » incluent les bornes de l'intervalle. Les expressions du type « compris entre ... et ... » excluent les bornes de l'intervalle.
RESUME DE L'INVENTION L'invention a pour premier objet une composition comprenant :
- une résine thermodurcissable de type époxy et/ou un durcisseur,
- au moins un polyol, et
- au moins un catalyseur d'effet vitrimère ;
caractérisée en ce que le polyol est un composé renfermant au moins deux fonctions hydroxyle choisi parmi : les diols, et en particulier les glycols ; les polyalkylènes glycols ; les triols ; les tétraols ; les alcools polyvinyliques et leurs mélanges ;
et en ce que le catalyseur d'effet vitrimère est choisi parmi :
- les pyridines ;
- les phosphazènes ;
- les composés de type guanidine ;
- les sels ou complexes métalliques organiques ou inorganiques ou les composés organo- métalliques, de métaux choisis parmi les terres rares, les métaux alcalins et les métaux alcalino-terreux, et notamment les composés de Al, Se, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn, Hf, Pb, Bi, Sb, In, Li, Na, K ;
- et leurs mélanges.
Il est entendu que la composition ne comprend pas de composé comportant un groupement associatif et une fonction permettant son greffage sur la résine thermodurcissable.
L'invention a en outre pour objet l'utilisation de la composition précitée pour la fabrication d'un objet en résine thermodurcie déformable à chaud, ainsi qu'un objet comprenant une résine thermodurcie obtenue à partir de la composition selon l'invention.
Elle a encore pour objet un procédé de déformation d'un objet tel que défini ci- dessus, tel qu'un procédé d'assemblage, de soudage, de réparation ou de recyclage, comprenant l'application à cet objet d'une contrainte mécanique à une température (T) supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la résine thermodurcie.
Elle a enfin pour objet l'utilisation d'un ou plusieurs objets tels que décrits ci-dessus dans les domaines de l'automobile, l'aéronautique, le nautisme, l'aérospatiale, le sport, le bâtiment, l'électrique, l'isolation électrique, l'électronique, l'éolien, l'emballage ou l'imprimerie.
DESCRIPTION DETAILLEE
Comme indiqué précédemment, la composition selon l'invention renferme au moins un catalyseur d'effet vitrimère. Il est entendu que ce catalyseur est présent, dans la composition de l'invention, en plus des catalyseurs susceptibles d'être déjà présents de façon intrinsèque dans la résine thermodurcissable et/ou dans le durcisseur, du fait de leur préparation pouvant être réalisée en présence de catalyseurs en faible teneur, ou en plus des catalyseurs classiques d'ouverture de cycle époxyde.
Ce catalyseur d'effet vitrimère est notamment choisi parmi les catalyseurs organiques, les composés métalliques et leurs mélanges.
Comme catalyseur organique d'effet vitrimère, on peut citer comme composés préférés, la 4-pyrrolidinopyridine et la diméthylaminopyridine ; les composés de type guanidine répondant à la formule (I), et leurs mélanges :
R1 N XH-R4
R2 R3
( I )
dans laquelle :
X désigne un atome d'azote ou un groupe -CH-,
Ri désigne un atome d'hydrogène, un groupe alkyle en Ci -Ce ou un groupe phényle pouvant être substitués par un groupe alkyle en C1-C4,
R2, R3 et R4 désignent indépendamment un atome d'hydrogène, un groupe alkyle en Ci-Ce, ou un groupe phényle pouvant être substitués par un groupe alkyle en C1-C4, ou un groupe acétyle,
ou Ri et R2 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un hétérocycle saturé ou insaturé et/ou R3 et R4 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un hétérocycle saturé ou insaturé,
On préfère que Ri et R2 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un hétérocycle saturé ou insaturé, de préférence insaturé, et en ce que R3 et R4 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un hétérocycle saturé ou insaturé, de préférence saturé.
On préfère que les groupes alkyle en Ci-Ce ou phényle ne soient pas substitués, et ne comprennent d'atome d'azote.
Des exemples de catalyseurs de type guanidine utilisables dans la présente invention sont les suivants :
DBU DBN TBD
DOTG
Préférentiellement, le catalyseur de type guanidine est le triazabicyclodécène (TBD). Comme sels ou complexes métalliques organiques ou inorganiques, on peut citer en particulier les phosphates, carbonates, oxydes, hydroxydes, sulfures, carboxylates, alcoolates, acétylacétonates ou dikétiminates, ou les composés organo-métalliques, de métaux choisis parmi Ti, Zn, Zr et Bi.
Plus préférentiellement, on utilise comme catalyseur métallique d'effet vitrimère, l'acétylacétonate de zinc ou Zn(acac)2 et les alcoolates de titane, tels que le propoxyde de titane, l'isopropoxyde de titane, le butoxyde de titane et les composés résultant de la réaction de ces alcoolates avec des glycols, tels que les composés obtenus selon la réaction suivante :
Avec R = H, méthyle
n allant de 0 à 100
en particulier le bis(3-phenoxy-l,2-propandioxyde) de titane, désigné ici par "Ti(PPD)2' obtenu avec n = 0 dans la réaction ci-dessus. Selon un mode de réalisation de l'invention, le catalyseur représente de 0,1 à 50% en mol, de préférence de 0,1 à 15% en mol, plus préférentiellement de 0,5 à 10%> en mol, relativement à la quantité molaire de fonctions époxy contenues dans ladite résine thermodurcissable.
La composition selon l'invention peut comprendre en outre au moins un durcisseur de résine thermodurcissable, dit "durcisseur acide", qui peut être de type anhydride d'acide carboxylique, c'est-à-dire comportant au moins une fonction -C(0)-0-C(0)-, ou de type acide, comportant au moins deux fonctions acides carboxyliques -C(0)OH. Selon un mode de réalisation, le durcisseur acide comprend au moins trois fonctions acides (qu'elles soient sous forme acide carboxylique libre ou anhydride d'acide). Ceci permet de créer un réseau tridimensionnel lorsqu'un tel durcisseur est employé pour réticuler une résine thermodurcissable.
On préfère selon l'invention utiliser un durcisseur de type anhydride d'acide carboxylique.
On peut notamment utiliser comme durcisseurs de type anhydride les anhydrides cycliques, comme par exemple l'anhydride phtalique, l'anhydride nadique ou méthylnadique, l'anhydride dodécénylsuccinique (DDSA), l'anhydride glutarique; les anhydrides aromatiques partiellement ou totalement hydrogénés comme l'anhydride tétrahydrophtalique, ou méthyltétrahydrophtalique, l'anhydride hexahydrophtalique ou méthylhexahydrophtalique; et leurs mélanges.
On peut encore citer comme durcisseurs de type anhydride, l'anhydride succinique, l'anhydride maléique, l'anhydride trimellitique, l'adduit d'anhydride trimellitique et d'éthylèneglycol, l'anhydride chlorendique, l'anhydride tétrachlorophtalique, le dianhydride pyromellitique (PMDA), le dianhydride d'acide 1,2,3,4 cyclopentanetétracarboxylique, les polyanhydrides d'acides aliphatiques tels que le polyanhydride polyazélaique, le polyanhydride polysébacique et leurs mélanges.
On peut notamment utiliser les anhydrides de formules suivantes, et leurs mélanges :
HHPA mm
et plus préférentiellement le MTHPA. On peut encore citer comme durcisseur de type anhydride le durcisseur de référence commerciale HY905® vendu par Huntsman, qui et un mélange liquide de plusieurs anhydrides.
Comme durcisseurs acides utilisables conformément à l'invention, on peut citer les acides carboxyliques comprenant de 2 à 40 atomes de carbone, les dérivés d'acides gras ainsi que leurs mélanges.
On peut aussi utiliser comme durcisseurs acides des diacides linéaires tels que les acides glutarique, adipique, pimélique, subérique, azélaïque, sébacique, succinique, dodécanedioïque et leurs homologues de masses supérieures ; et leurs mélanges.
On peut également utiliser comme durcisseurs acides des diacides aromatiques tels que l'acide ortho-, méta- ou paraphtalique, l'acide trimellitique, l'acide téréphtalique ou l'acide naphtalènedicarboxylique, ainsi que leurs dérivés plus ou moins alkylés et/ou partiellement hydrogénés, par exemple l'acide (méthyl)tétrahydrophtalique, l'acide (méthyl)hexahydrophtallique, l'acide (méthyl)nadique; et leurs mélanges.
Par « dérivé d'acide gras », en référence au durcisseur acide, on entend de préférence un acide gras, un ester d'acide gras, un triglycéride, un ester d'acide gras et d'alcool gras, un oligomère d'acide gras, notamment un dimère d'acide gras (oligomère de 2 monomères identiques ou différents) ou un trimère d'acide gras (oligomère de 3 monomères identiques ou différents), et leurs mélanges.
On peut ainsi utiliser comme durcisseurs acides des trimères d'acides gras ou un mélange de dimères et trimères d'acides gras, comprenant avantageusement de 2 à 40 atomes de carbone, avantageusement d'origine végétale. Ces composés résultent de l'oligomérisation d'acides gras insaturés tels que : l'acide undécylénique, myristoléique, palmitoléique, oléique, linoléique, linolénique, ricinoléique, eicosénoïque, docosénoïque, que l'on trouve habituellement dans les huiles de pin, colza, maïs, tournesol, soja, pépins de raisin, lin, jojoba, ainsi que les acides eicosapentaénoïque et docosahexaénoïque que l'on trouve dans les huiles de poissons ; et leurs mélanges.
On peut citer comme exemple de trimère d'acide gras, le composé de formule suivante, qui illustre un trimère cyclique issu d'acides gras à 18 atomes de carbone, sachant que les composés disponibles dans le commerce sont des mélanges d'isomères stériques et d'isomères de position de cette structure, éventuellement partiellement ou totalement hydrogénés.
Trimère d'acide en Cl 8
On peut par exemple utiliser un mélange d'oligomères d'acides gras contenant des dimères, trimères et monomères d'acides gras en Cl 8 linéaires ou cycliques, ledit mélange étant majoritaire en dimères et trimères et contenant un faible pourcentage (habituellement, moins de 5%) de monomères. De manière préférée, ledit mélange comprend :
0, 1 à 40% en poids, de préférence 0, 1 à 5% en poids de monomères d'acides gras identiques ou différents,
0, 1 à 99% en poids, de préférence 18 à 85% en poids de dimères d'acides gras identiques ou différents, et
0, 1 à 90% en poids, de préférence 5 à 85% en poids, de trimères d'acides gras identiques ou différents.
On peut citer, comme exemples de mélanges dimères/trimères d'acides gras (% en poids) :
« le Pripol® 1017 de Croda, mélange de 75-80% de dimères et 18-22% de trimères avec de l'ordre de 1 -3 % d'acides gras monomères,
le Pripol® 1048 de Croda, mélange de 50/50% de dimères/trimères, le Pripol® 1013 de Croda, mélange de 95-98% de dimères et de 2-4% de trimères avec 0,2 % maximum d'acides gras monomères,
· le Pripol® 1006 de Croda, mélange de 92-98% de dimères et d'un maximum de 4%) de trimères avec 0,4 % maximum d'acides gras monomères,
le Pripol® 1040 de Croda, mélange de dimères et de trimères d'acide gras avec au moins 75% de trimères et moins de 1% d'acides gras monomères,
l'Unidyme® 60 d'Arizona Chemicals, mélange de 33% de dimères et de 67%) de trimères avec moins de 1% d'acides gras monomères,
l'Unidyme® 40 d'Arizona Chemicals, mélange de 65% de dimères et de 35%) de trimères avec moins de 1% d'acides gras monomères,
• l'Unidyme® 14 d'Arizona Chemicals, mélange de 94% de dimères et de moins de 5% de trimères et autres oligomères supérieurs avec de l'ordre de 1% d'acides gras monomères, l'Empol® 1008 de Cognis, mélange de 92% de dimères et de 3% d'oligomères supérieurs, essentiellement des trimères, avec de l'ordre de 5%> d'acides gras monomères,
l'Empol® 1018 de Cognis, mélange de 81 % de dimères et de 14%> d'oligomères supérieurs, dont essentiellement des trimères, avec de l'ordre de 5 % d'acides gras monomères,
le Radiacid® 0980 d'Oleon, mélange de dimères et trimères avec au moins 70%) de trimères.
Les produits Pripol®, Unidyme®, Empol®, et Radiacid® comprennent des monomères d'acides gras en Cl 8 et des oligomères d'acides gras correspondant à des multiples de Cl 8.
On peut également citer comme durcisseurs acides les polyoxoalkylènes (polyoxoéthylène, polyoxopropylène, ...) comportant des fonctions acides carboxyliques aux extrémités, les polymères comportant des fonctions acides carboxyliques aux extrémités, ayant une structure branchée ou non, avantageusement choisis parmi les polyesters et polyamides et de préférence parmi les polyesters ; et leurs mélanges.
On peut encore citer au titre de durcisseur acide l'acide phosphorique.
La quantité de durcisseur est telle que le nombre de moles de fonctions époxyde de la résine peut aller de 50 à 300%, de préférence de 100% à 200%, de préférence de 125 à 150%), relativement au nombre de moles de fonctions acide ou anhydride du durcisseur.
La composition selon l'invention peut comprendre également au moins une résine thermodurcissable comportant au moins une et avantageusement plusieurs fonctions époxyde et optionnellement au moins une et avantageusement plusieurs fonctions hydroxyles libres et/ou fonctions ester. On désignera une telle résine par « résine époxy ».
De façon avantageuse, la résine époxy représente au moins 10 %) en poids, au moins
20 % en poids, au moins 40 % en poids, au moins 60 % en poids, voire 100%) en poids, du poids total de résine thermodurcissable présente dans la composition.
Il existe deux grandes catégories de résines époxy : les résines époxy de type glycidyle, et les résines époxy de type non glycidyle. Les résines époxy de type glycidyle sont elles-mêmes classées en glycidyle éther, glycidyle ester et glycidyle aminé. Les résines époxy non glycidyle sont de type aliphatique ou cycloaliphatique. Les résines époxy glycidyle sont préparées par une réaction de condensation d'un diol, diacide ou diamine avec de l'épichlorhydrine. Les résine époxy non glycidyle sont formées par peroxydation des doubles liaisons oléfiniques d'un polymère.
Parmi les éthers époxy glycidyle, le diglycidyl éther de bisphénol A (DGEBA) représenté ci-dessous est le plus couramment utilisé.
Les résines à base de DGEBA ont d'excellentes propriétés électriques, un faible retrait, une bonne adhérence sur de nombreux métaux et une bonne résistance à l'humidité, aux chocs mécaniques et une bonne résistance thermique.
Les propriétés des résines DGEBA dépendent de la valeur du degré de polymérisation n, qui lui-même dépend de la stœchiométrie de la réaction de synthèse. En règle générale, n varie de 0 à 25.
Les résines époxy Novolac (dont la formule est représentée ci-dessous) sont des glycidyléthers de résines phénoliques novolaques. Elles sont obtenues par réaction du phénol avec le formaldéhyde en présence d'un catalyseur acide pour produire une résine phénolique novolaque, suivie d'une réaction avec l'épichlorhydrine en présence d'hydroxyde de sodium comme catalyseur.
Les résines époxy Novolac contiennent généralement plusieurs groupes époxyde. Les multiples groupes époxyde permettent de réaliser des résines thermodurcies de haute densité de réticulation. Les résines époxy Novolac sont largement utilisées pour fabriquer des matériaux pour la microélectronique en raison de leur résistance supérieure à une température élevée, de leur excellente aptitude au moulage, et de leurs propriétés supérieures mécaniques, électriques, de résistance à la chaleur et à l'humidité.
La résine thermodurcissable utilisable dans la présente invention peut par exemple être choisie parmi : les résines époxy Novolac, le bisphénol A diglycidyl éther (DGEBA), le bisphénol A diglycidyl éther hydrogéné, le bisphénol F diglycidyl éther, le tétraglycidyl méthylène dianiline, le pentaérythritol tétraglycidyl éther, le triméthylol triglycidyl ether (TMPTGE), le tétrabromo bisphénol A diglycidyl éther, ou les hydroquinone diglycidyl éther, l'éthylène glycol diglycidyl éther, le propylène glycol diglycidyl éther, le butylène glycol diglycidyl éther, le néopentyl glycol diglycidyl éther, le 1 ,4-butanediol diglycidyl éther, le 1,6-hexanediol diglycidyl éther, le cyclohexanediméthanol diglycidyl éther, le polyéthylène glycol diglycidyl éther, le polypropylène glycol diglycidyl éther, le polytétraméthylène glycol diglycidyl éther, le résorcinol diglycidyl éther, le néopentylglycol diglycidyl éther, le bisphénol A polyéthylène glycol diglycidyl éther, le bisphénol A polypropylèneglycol diglycidyl éther, le diglycidyl ester d'acide téréphtalique, le poly(glycidyle-acrylate), le poly(glycidyle-méthacrylate), les acides gras polyinsaturés époxydés, les huiles végétales époxydées notamment l'huile de soja époxydée, les huiles de poissons époxydées, et le limonène époxydé; les glycidyl esters de l'acide versatique tels que ceux commercialisés sous la dénomination CARDURA® E8, E10 ou E12 par la société Momentive (CARDURA® E10 de CAS 26761-45-5) ; les résines cycloaliphatiques époxydées commercialisées sous la dénomination ARALDITE® CY179, CY184, MY0510 et MY720 par la société BASF, les résines CY179 et la CY184 répondant respectivement aux formules suivantes : le triglycidyl isocyanurate (TGIC) ; le glycidyl méthacrylate, les glycidyl (méth)acrylates alkoxylés ; les C8-C10 alkyl glycidyl éthers, les C12-C14 alkyl glycidyl ethers, le glycidyl ester d'acide néodecanoïque, le butyl glycidyl éther, le crésyl glycidyl éther, le phényl glycidyl éther, le p-nonyphényl glycidyl éther, le p-nonylphényl glycidyl éther, le p-t-butyl phényl glycidyl éther, le 2-éthylhexyl glycidyl éther, le néopentyl glycol diglycidyl éther, le diglycidyl ester de dimère d'acide, le cyclohexane diméthanol diglycidyl éther, le polyglycidyl éther d'huile de ricin ; et les mélanges des résines précitées.
Avantageusement, elle est plus particulièrement choisie parmi : le DGEBA, le bisphénol F diglycidyl éther, les résines Novolac, le TMPTGE, le 1 ,4-butanediol diglycidyl éther, l'ARALDITE®CY184 de formule (II) ci-dessus, le TGIC, l'huile de soja époxydée et leurs mélanges. Plus préférentiellement encore, il s'agit du DGEBA.
La composition selon l'invention comprend en outre au moins un polyol, c'est-à-dire un composé renfermant au moins deux fonctions hydroxyle. Des exemples de tels composés sont notamment des polyhydroxyalcanes linéaires ou ramifiés ne comportant pas de fonction aminée.
Parmi les diols, on peut citer le 1,3-propylène glycol, le 1,3-butanediol, le 1,4- butanediol, le 2,5-hexanediol, le 1,6-hexanediol et le butadiène diol. Parmi les glycols, on peut citer l'éthylène glycol, le 1 ,2-propylène glycol, le néopentylglycol ; les polyalkylènes glycols sont choisis en particulier parmi les polyéthylène glycols (PEG), ou les polypropylène glycols (PPG) ; les triols préférés sont le glycérol, le triméthyloléthane, le triméthylolpropane (TMP), le triméthylolbutane et le 1,2,6-hexanetriol ; on peut également utiliser un tétraol, par exemple l'érythritol ou le pentaérythritol. On préfère utiliser comme polyol, le glycérol, le triméthylolpropane ou le pentaérythritol.
Le polyol peut représenter de 0,5% à 40% et de préférence de 2% à 25 % en moles de fonctions hydroxy, par rapport au nombre de moles de fonctions époxyde de la résine thermodurcissable.
La composition de l'invention peut éventuellement comprendre un ou plusieurs composés additionnels, dans la mesure où leur présence n'altère pas les propriétés avantageuses qui découlent de l'invention. Des exemples de tels composés additionnels sont : des polymères, des pigments, des colorants, des charges, des plastifiants, des fibres longues ou courtes, tissées ou non, des agents retardateurs de flamme, des agents antioxydants, des lubrifiants, du bois, du verre, des métaux et leurs mélanges.
Avantageusement, la teneur en résine thermodurcissable et/ou en durcisseur va de 10%) à 90 %> en poids, notamment de 20 %> à 80 %> en poids voire de 30 à 70 %> en poids, relativement au poids total de la composition, le complément à 100 %> étant apporté par le catalyseur, le polyol et éventuellement par des composés additionnels choisis parmi les composés précités.
Parmi les polymères qui peuvent être employés en mélange avec la composition de l'invention, on peut mentionner : des élastomères thermodurs, des thermoplastiques, des élastomères thermoplastiques, des additifs chocs et leurs mélanges.
Par pigments, on entend des particules colorées insolubles dans la composition de l'invention. Comme pigments utilisables selon l'invention, on peut citer l'oxyde de titane, le noir de carbone, les nanotubes de carbone, les particules métalliques, la silice, les oxydes métalliques, les sulfures métalliques ou tout autre pigment minéral, on peut également citer les phtalocyanines, les anthraquinones, les quinacridones, les dioxazines, les pigments azoïques ou tout autre pigment organique, les pigments naturels (garance, indigo, pourpre, cochenille, etc) et les mélanges de pigments.
Par colorants, on entend des molécules solubles dans la composition de l'invention et ayant la capacité d'absorber une partie du rayonnement visible.
Parmi les charges qui peuvent être employées dans la composition de l'invention, on peut mentionner les charges classiquement utilisées dans les formulations de polymères. On peut citer sans que cela soit limitatif : la silice, les argiles, le noir de carbone, le kaolin, le talc, le carbonate de calcium, les whiskers et leurs mélanges.
Parmi les fibres qui peuvent être employées dans la composition de l'invention, on peut mentionner : des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres polyester, des fibres polyamides, des fibres aramides, des fibres cellulosiques et nanocellulosiques ou encore des fibres végétales (lin, chanvre, sisal, bambou...) et leurs mélanges. La présence, dans la composition de l'invention, de pigments, de colorants ou de fibres capables d'absorber le rayonnement, ou leurs mélanges, peut servir à assurer le chauffage d'un matériau ou d'un objet fabriqué à partir d'une telle composition, au moyen d'une source de rayonnement telle qu'un laser.
La présence, dans la composition de l'invention, de pigments, de fibres ou de charges conductrices de l'électricité tels que noir de carbone, nanotubes de carbone, fibres de carbone, poudres métalliques, particules magnétiques ou leurs mélanges, peut être utilisée pour assurer le chauffage d'un matériau ou d'un objet fabriqué à partir d'une telle composition, par effet Joule, par induction ou par micro-ondes. Un tel chauffage peut permettre la mise en œuvre d'un procédé de fabrication, de transformation ou de recyclage d'un matériau ou d'un objet suivant un procédé qui sera décrit plus loin.
Les composés additionnels peuvent aussi être choisis parmi un ou plusieurs autres catalyseurs et/ou durcisseurs, de toutes natures connues de l'homme du métier comme jouant ces rôles dans la mesure ou ils n'altèrent pas les propriétés avantageuses découlant de l'invention. Ils seront désignés par « catalyseur supplémentaire » et « durcisseur supplémentaire ».
Selon une forme d'exécution préférée de l'invention, la composition décrite ici renferme un ou plusieurs catalyseurs supplémentaires qui sont spécifiques de l'ouverture d'époxyde, telles que :
- les aminés tertiaires, éventuellement bloquées, comme par exemple: le 2,4,6- tris(diméthylaminométhyl)phénol (par exemple commercialisée sous le nom Ancamine), o- (diméthylaminométhyl) phénol, la benzyldiméthylamine (BDMA), le 1 ,4- diazabicyclo(2,2,2)octane (DABCO), le chlorure de méthyltribenzyl ammonium.
les imidazoles, comme les 2-méthylimidazole (2-MI), 2-phénylimidazole (2-PI), 2-éthyl- 4-méthyl-imidazole (EMI), 1 -propylimidazole, chlorure de l -éthyl-3-méthylimidazolium, 1 - (2-hydroxypropyl)imidazole.
les phosphoniums : les halogénures de tetraalkyl et alkyltriphénylphosphonium.
les sels d' aminé de polyacides, les condensais aniline-formaldéhyde, les N,N- alcanolamines, les borates de trialcanolamines, les fluoroborates comme la monoéthylamine de trifluorure de bore (BF3-MEA), les phosphines organosubstituées, les sels de monoimidazoline quaternaire, des mercaptans, des polysulfures.
et leurs mélanges.
Préférentiellement, le catalyseur d'ouverture d'époxyde est choisi parmi : les aminés tertiaires, les imidazoles, et leurs mélanges. Les aminés (hétéro)aromatiques telles que la 2-méthylimidazole et le tris(diméthylaminométhyl)phénol sont plus particulièrement préférées pour une utilisation dans cette invention.
Le catalyseur supplémentaire d'ouverture d'époxyde est avantageusement mis en œuvre dans la composition à raison de 0,1% à 5% molaire par rapport au nombre de moles de fonctions époxydes portées par la résine thermodurcissable.
On peut aussi mettre en œuvre un ou plusieurs catalyseurs supplémentaires d'effet vitrimère choisis parmi les catalyseurs cités dans les demandes WO2011/151584, WO2012/101078 et WO 2012/152859, toujours dans la mesure ou leur présence n'altère pas les propriétés avantageuses découlant de l'invention.
Le catalyseur supplémentaire d'effet vitrimère peut par exemple être présent dans la composition de l'invention à raison de 0,1 à 10 % en poids et de préférence de 0, 1 à 5 % en poids relativement au poids total de la composition.
Par ailleurs, l'utilisation d'un durcisseur supplémentaire permet d'obtenir, pour les matériaux fabriqués in fine, une large gamme de propriétés mécaniques à la température ambiante (par exemple contrôle de la température de transition vitreuse et/ou du module d'une résine thermodurcie).
Comme exemples de durcisseurs supplémentaires, on peut mentionner les durcisseurs de résine époxy, en particulier ceux choisis parmi les aminés, les polyamides, les résines phénoliques, les isocyanates, les polymercaptans, les dicyanodiamides et leurs mélanges.
En particulier, un durcisseur supplémentaire de type aminé peut être choisi parmi les aminés primaires ou secondaires ayant au moins une fonction -NH2 ou deux fonctions -NH et de 2 à 40 atomes de carbone. Ces aminés peuvent par exemple être choisies parmi les aminés aliphatiques telles que la diéthylène triamine, la triéthylène tétramine, la tétraéthylène pentamine, la dihexylène triamine, la cadavérine, la putrescine, l'hexanediamine, la spermine, l'isophorone diamine, ainsi que les aminés aromatiques telles que la phénylène diamine, le diamino diphénylméthane, la diamino diphénylsulfone, la méthylène bischlorodiéthylaniline, la meta-xylylène diamine (MXDA) et ses dérivés hydrogénés tels que le l,3-bis(aminométhyl cyclohexane) (1,3-BAC) ; et leurs mélanges.
Un durcisseur supplémentaire de type aminé peut encore être choisi parmi les polyetheramines, par exemple les JEFFAMINE® de Huntsman, éventuellement en mélanges avec d'autres durcisseurs supplémentaires.
Comme durcisseurs supplémentaires préférés, on peut citer la diéthylène triamine, la triéthylène tétramine, l'hexanediamine, et leurs mélanges. Procédé de préparation de la composition
Les composés de la composition selon l'invention sont soit disponibles commercialement, soit facilement synthétisables par l'homme du métier à partir de matières premières disponibles commercialement.
La composition de l'invention peut être obtenue par simple mise en contact des composés qu'elle renferme. Cette mise en contact est de préférence effectuée à une température allant de 15°C à 130°C, notamment de 50°C à 125°C. La mise en contact peut être effectuée avec ou sans moyen d'homogénéisation.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend une première étape au cours de laquelle le catalyseur est préintroduit dans la résine ou le durcisseur, de préférence dans le durcisseur. Le catalyseur peut être alors sous forme de dispersion s'il s'agit d'une poudre, ou d'une solution. Cette dispersion ou mise en solution peut être effectuée à température ambiante ou à chaud pour obtenir les caractéristiques de viscosité souhaitées.
Le polyol est généralement introduit avec l'un des composants de la composition, en particulier il est incorporé dans le durcisseur, et peut faciliter ainsi la solubilisation du catalyseur dans le durcisseur.
Kits
La composition conforme à l'invention peut être préparée à partir d'un kit comportant au moins :
une première composition comprenant le catalyseur, seul, ou avec le durcisseur ou la résine thermodurcissable ou le polyol ;
éventuellement une deuxième composition comprenant le polyol ;
éventuellement une troisième composition comprenant le durcisseur ;
- éventuellement une quatrième composition comprenant la résine thermodurcissable.
Les différentes compositions peuvent être stockées ensemble ou séparément. Il est aussi possible de stocker ensemble certaines des compositions tout en les maintenant séparées des autres compositions.
Les différentes compositions sont stockées généralement à température ambiante. De préférence, la composition comprenant le catalyseur comprend également le durcisseur et le polyol.
De préférence, lorsque les troisième et quatrième compositions sont toutes deux présentes dans le kit, elles sont dans un conditionnement adapté pour empêcher qu'une réaction de réticulation entre la résine thermodurcissable et le durcisseur ne se produise sans intervention d'un opérateur. Le conditionnement peut consister en un récipient comportant deux voire trois ou quatre compartiments internes permettant le stockage séparé de chacune des compositions. Selon une variante, le kit peut consister en un seul et unique récipient, contenant un mélange en quantités appropriées des deux ou trois compositions. Dans ce dernier cas, l'intervention de l'opérateur se limite avantageusement à un chauffage.
Il peut être prévu un moyen permettant la mise en contact des contenus des différents compartiments, avantageusement de façon à permettre d'initier la réticulation dans le récipient.
On peut aussi prévoir un kit consistant en plusieurs flacons distincts associés dans un même emballage et comportant chacun les quantités adaptées de chacune des compositions pour la préparation de la composition de l'invention, de façon à éviter à l'utilisateur des opérations de pesée et/ou de dosage.
Utilisations
La composition décrite précédemment peut être utilisée pour la fabrication d'un objet en résine thermodurcie déformable à chaud.
La résine thermodurcie obtenue à partir de la composition selon l'invention présente avantageusement :
- un temps de relaxation T nécessaire pour obtenir une valeur de contrainte normalisée égale à 1/e à une température égale à Tg + 100°C et/ou à 200°C, qui est inférieur à 5000 secondes, de préférence inférieur à 2000 secondes, plus préférentiellement inférieur à 1000 secondes,
- un pourcentage de contraintes σ relaxées au bout de 5000 secondes à une température égale à Tg + 100°C et/ou à 200°C, qui est d'au moins 80%, de préférence d'au moins 90%>, plus préférentiellement d'au moins 95%, voire de 100%,
ces grandeurs étant mesurées suivant les protocoles indiqués dans les exemples ci- après.
Objets et leurs procédés de fabrication
L'invention porte également sur un objet comprenant une résine thermodurcie obtenue à partir d'au moins une composition conforme à l'invention.
Par « objet », on entend au sens de la présente invention, une pièce en trois dimensions. On inclut dans cette définition les revêtements, les films, les feuilles, les rubans, etc. Les objets selon l'invention peuvent notamment consister en des revêtements déposés sur un support, comme une couche de protection, une peinture ou encore un film adhésif. On inclut également les poudres, les granulés, etc... L'objet selon l'invention peut être fabriqué suivant un procédé de fabrication comprenant :
a) la préparation ou la mise à disposition d'une composition renfermant une résine thermodurcissable de type époxy, un durcisseur, un catalyseur d'effet vitrimère et un polyol, à partir de la composition conforme à l'invention,
b) la mise en forme de la composition issue de l'étape a)
c) l'application d'une énergie permettant le durcissement de la résine,
d) le refroidissement de la résine thermodurcie.
Les étapes a) b) c) du procédé peuvent être successives ou simultanées.
La préparation de la composition peut se faire dans un mélangeur de tout type connu de l'homme du métier. Elle peut notamment se faire par mise en contact des compositions décrites en relation avec le kit de manière à former une composition selon l'invention.
La mise en forme peut être effectuée par toute technique connue de l'homme du métier dans le domaine des résines thermodurcissables, notamment par moulage. Notablement, l'invention permet de prévoir également d'autres modes de mise en forme tels que le coulage, l'enroulement filamentaire, le moulage en continu ou entre pellicules, l'infusion, la pultrusion, le moulage par transfert de résine ou RTM (pour "resin transfer molding"), la réaction-injection-moulage (ou RIM) ou toutes autres méthodes connues de l'homme de l'art, telles que décrites dans les ouvrages «Epoxy Polymer», édité par J.P. Pascault et R.J.J. Williams, Wiley-VCH, Weinheim 2010 ou «Chimie industrielle », par R. Perrin et J.P. Scharff, Dunod, Paris 1999.
La mise en forme peut consister en une mise sous forme de poudre ou de grains par toute technique connue de l'homme du métier. Un broyage mécanique peut également être effectué à l'issue de l'étape d).
Pour ce qui concerne la mise en forme de la composition sous forme de revêtement, on peut avantageusement mettre en œuvre toute méthode connue en la matière, en particulier : l'application de la composition à la brosse ou au rouleau ; le trempage d'un support à revêtir dans la composition ; l'application de la composition sous forme d'une poudre.
Si l'on essaye de mettre en forme une composition de résine thermodurcie de l'art antérieur de la même manière que décrit plus haut, le matériau ou l'objet obtenu n'est plus déformable ni réparable, ni recyclable une fois que le point de gel de la résine est atteint ou dépassé. L'application d'une température modérée à un tel objet selon l'art antérieur ne conduit à aucune transformation observable ou mesurable, et l'application d'une température très élevée conduit à la dégradation de cet objet. Au contraire, les objets de l'invention, du fait qu'ils sont fabriqués à partir d'une composition conforme à l'invention, peuvent être déformés, soudés, réparés et recyclés par une élévation de leur température.
Par « application d'une énergie permettant le durcissement de la résine » on entend généralement une élévation de température. L'application d'une énergie permettant le durcissement de la résine peut par exemple consister en un chauffage à une température allant de 50 à 250°C, par exemple de 50 à 120°C. On peut aussi effectuer une activation par radiations, par exemple par rayons UV ou faisceau électronique, ou par voie chimique, en particulier radicalaire, par exemple au moyen de peroxydes.
Le refroidissement de la résine thermodurcie est habituellement opéré en laissant le matériau ou l'objet revenir à la température ambiante, avec ou sans utilisation d'un moyen de refroidissement.
Un objet conforme à l'invention peut être composite. Il peut notamment résulter de l'assemblage d'au moins deux objets, dont l'un au moins, et avantageusement les deux, comporte au moins une résine thermodurcie obtenue à partir d'au moins une composition conforme à l'invention.
Il s'agit par exemple d'un matériau stratifié, comportant une superposition en alternance de couches de résine thermodurcie obtenue à partir d'au moins une composition conforme à l'invention, avec des couches de bois, de métal, ou de verre.
Un objet de l'invention peut également comprendre un ou plusieurs composants additionnels choisis parmi ceux précités et en particulier: des polymères, des pigments, des colorants, des charges, des plastifiants, des fibres longues ou courtes, tissées ou non, des agents retardateurs de flamme, des agents antioxydants, des lubrifiants, du bois, du verre, des métaux. Lorsqu'un tel objet est fabriqué conformément à l'un des procédés de fabrication décrits plus haut, les composés additionnels peuvent être introduits avant, pendant ou après l'étape a).
Procédé de déformation
Les résines thermodurcies obtenues comme décrit ici présentent l'avantage de présenter une variation lente de viscosité sur une large gamme de températures, ce qui rend le comportement d'un objet de l'invention comparable à celui des verres inorganiques et permet de leur appliquer des procédés de déformation qui ne sont généralement pas applicables aux thermodurs classiques.
Il peut ainsi être façonné en appliquant des contraintes de l'ordre de 1 à 10 MPa sans pour autant couler sous son propre poids. De la même façon, on peut déformer cet objet à une température supérieure à la température Tg, puis dans un deuxième temps éliminer les contraintes internes à une température plus élevée.
La faible viscosité de ces objets à ces températures permet notamment l'injection ou le moulage sous presse. Il faut noter qu'aucune dépolymérisation n'est constatée à des températures élevées et les objets de l'invention conservent leur structure réticulée. Cette propriété permet la réparation d'un objet de l'invention qui se trouverait fracturé en au moins deux parties par un simple soudage de ces parties entre elles. Aucun moule n'est nécessaire pour maintenir la forme des objets de l'invention pendant le processus de réparation à des températures élevées. De la même façon, on peut transformer un objet de l'invention par application d'une contrainte mécanique à une partie seulement de l'objet sans faire appel à un moule car les objets de l'invention ne coulent pas. Toutefois, les objets de grande taille, qui ont davantage tendance à s'affaisser, pourront être maintenus par un bâti comme pour le travail du verre.
Ainsi, l'objet tel que décrit plus haut peut être déformé suivant un procédé comprenant l'application à l'objet d'une contrainte mécanique à une température (T) supérieure à la température de transition vitreuse. L'assemblage, le soudage, la réparation et le recyclage constituent un cas particulier de ce procédé de déformation. De préférence, pour permettre la déformation dans une durée compatible avec une application industrielle, le procédé de déformation comprend l'application à l'objet de l'invention d'une contrainte mécanique à une température (T) supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la résine thermodurcie qu'il contient.
Habituellement, un tel procédé de déformation est suivi d'une étape de refroidissement jusqu'à la température ambiante, éventuellement avec application d'au moins une contrainte mécanique. Par « contrainte mécanique », on entend au sens de la présente invention, l'application d'une force mécanique, localement ou sur tout ou partie de l'objet, cette force mécanique tendant à une mise en forme ou une déformation de l'objet. Parmi les contraintes mécaniques qui peuvent être employées, on peut mentionner : la pression, le moulage, le malaxage, l'extrusion, le soufflage, l'injection, l'estampage, la torsion, la flexion, la traction et le cisaillement. Il peut s'agir par exemple d'une torsion appliquée à objet de l'invention sous forme de ruban. Il peut s'agir d'une pression appliquée à l'aide d'une plaque ou d'un moule sur une ou plusieurs faces d'un objet de l'invention, de l'estampage d'un motif dans une plaque ou une feuille. Il peut encore s'agir d'une pression exercée parallèlement sur deux objets de l'invention en contact l'un avec l'autre de façon à provoquer un soudage de ces objets. Dans le cas où l'objet de l'invention consiste en des granulés, la contrainte mécanique peut consister en un malaxage, par exemple au sein d'un mélangeur ou autour de la vis d'une extrudeuse. Elle peut aussi consister en une injection ou une extrusion. La contrainte mécanique peut également consister en un soufflage, qui peut par exemple être appliqué à une feuille d'objet de l'invention. La contrainte mécanique peut également consister en une multiplicité de contraintes distinctes, de même nature ou non, appliquées de façon simultanée ou successive à tout ou partie du objet de l'invention, ou de façon localisée.
Ce procédé de déformation peut inclure une étape de mélange ou d'agglomération de l'objet de l'invention avec un ou plusieurs composants additionnels choisis parmi ceux cités précédemment et en particulier : des polymères, des pigments, des colorants, des charges, des plastifiants, des fibres longues ou courtes, tissées ou non, des agents retardateurs de flamme, des agents antioxydants, des lubrifiants.
L'élévation de la température dans le procédé de déformation peut être réalisée par tout moyen connu comme le chauffage par conduction, convection, induction, par point, infra rouge, micro-onde ou radiant. Les moyens permettant de provoquer une élévation de température pour la mise en œuvre des procédés de l'invention comprennent : un four, un four à micro-ondes, une résistance chauffante, une flamme, une réaction chimique exothermique, un faisceau laser, un fer à repasser, un pistolet à air chaud, une cuve à ultrasons, un poinçon chauffant... L'élévation de température peut être faite par pallier ou non et sa durée est adaptée au résultat attendu.
Bien que la résine ne coule pas durant sa déformation, grâce aux réactions d'échange interne, en choisissant une température, une durée de chauffage et des conditions de refroidissement appropriées, la nouvelle forme peut être exempte de toute contrainte résiduelle. L'objet n'est donc pas fragilisé ou fracturé par l'application de la contrainte mécanique. Et si l'objet déformé est ultérieurement réchauffé, il ne reviendra pas à sa forme première. En effet, les réactions d'échange interne qui surviennent à haute température favorisent une réorganisation des points de réticulation du réseau de la résine thermodurcie de manière à annuler les contraintes mécaniques. Une durée de chauffage suffisante permet d'annuler complètement ces contraintes mécaniques internes à l'objet qui ont été causées par l'application de la contrainte mécanique externe.
Cette méthode permet donc d'obtenir des formes complexes stables, difficiles voire impossibles à obtenir par moulage, à partir de formes élémentaires plus simples. Notamment, il est très difficile d'obtenir par moulage des formes résultant d'une torsion. De façon complémentaire, le choix de conditions de température, de durée de chauffage sous contrainte et de refroidissement appropriées permet de transformer un objet de l'invention tout en contrôlant la persistance de certaines contraintes mécaniques internes au sein de ce objet, puis, si l'objet ainsi transformé est ultérieurement réchauffé, une nouvelle déformation contrôlée de ce objet par libération contrôlée des contraintes peut être opérée.
Procédés de recyclage
L'objet obtenu selon l'invention peut également être recyclé :
soit par traitement direct de l'objet : par exemple un objet de l'invention cassé ou endommagé est réparé par un procédé de déformation tel que décrit ci-dessus et peut ainsi retrouver sa fonction d'usage antérieure ou une autre fonction ;
soit l'objet est réduit en particules par application d'un broyage mécanique, et les particules ainsi obtenues sont ensuite mises en œuvre dans un procédé de fabrication d'un objet conforme à l'invention. Notamment, selon ce procédé, les particules sont soumises simultanément à une élévation de température et à une contrainte mécanique permettant leur transformation en un objet conforme à l'invention.
La contrainte mécanique permettant la transformation des particules en objet peut par exemple comporter une compression dans un moule, un malaxage, et/ou une extrusion.
Cette méthode permet notamment, par l'application d'une température suffisante et d'une contrainte mécanique appropriée, de mouler de nouveaux objets à partir des objets de l'invention.
Un autre avantage de l'invention est de permettre de fabriquer des objets à base de résine thermodurcie à partir de matières premières solides. Ces matières premières solides sont ainsi des objets selon l'invention sous forme de pièces, d'une unité élémentaire ou d'un ensemble d'unités élémentaires.
Par « unités élémentaires », on entend des pièces qui ont une forme et/ou un aspect adaptée à leur transformation ultérieure en objet, comme par exemple : particules, granulés, billes, bâtonnets, plaques, feuilles, films, rubans, tiges, tubes etc....
Par « ensemble d'unités élémentaires », on entend au moins 2 unités élémentaire, par exemple au moins 3, au moins 5, au moins 10, voire au moins 100 unités élémentaires.
Tout procédé connu de l'homme du métier peut être employé à cette fin. Ces pièces élémentaires sont ensuite transformables, sous l'action conjointe de la chaleur et d'une contrainte mécanique, en des objets de la forme souhaitée : par exemple, des rubans peuvent par estampage être découpés en pièces plus petites de forme choisie, des feuilles peuvent être superposées et assemblées par compression. Ces pièces élémentaires à base de résine thermodurcie sont plus facilement stockables, transportables et manipulables que les formulations liquides dont elles sont issues. En effet, l'étape de transformation des pièces élémentaires conforme à l'invention peut être réalisée par l'utilisateur final sans équipement de chimie (non toxicité, pas de date de péremption, pas de COV, pas de pesée de réactifs). Un cas particulier du procédé de déformation déjà décrit comprend ainsi :
a) l'utilisation comme matière première d'un objet de l'invention sous forme d'une unité élémentaire ou d'un ensemble d'unités élémentaires,
b) l'application simultanée d'une contrainte mécanique et d'une élévation de température pour mettre en forme l'objet pour former un nouvel objet,
c) le refroidissement de l'objet résultant de l'étape b).
Un autre avantage de ce procédé est de permettre le recyclage du nouvel objet fabriqué, celui-ci pouvant être reconditionné sous forme d'unités ou pièces élémentaires qui peuvent à leur tour être remises en forme, conformément à l'invention.
Le procédé de recyclage d'un objet de l'invention peut comprendre :
a) l'utilisation d'un objet de l'invention comme matière première,
b) l'application d'une contrainte mécanique et éventuellement d'une élévation de température simultanée pour transformer cet objet en un ensemble d'unités élémentaires, c) le refroidissement de cet ensemble d'unités élémentaires.
Applications
Les domaines d'application de la présente invention sont principalement ceux des résines thermodurcissables, en particulier ceux des résines époxy, notamment l'automobile (ce qui regroupe tout type de véhicule motorisé y compris les poids-lourds), l'aéronautique, le nautisme, l'aérospatiale, le sport, le bâtiment, l'électrique, l'isolation électrique, l'électronique, l'éolien, l'emballage et l'imprimerie.
Les compositions, matériaux et objets de l'invention peuvent par exemple être incorporés dans des formulations, notamment avec des additifs typiques tels que des charges, des antioxydants, des retardateurs de flamme, des protecteurs UV, des pigments, des colorants. Les formulations peuvent par exemple servir au couchage du papier, à la fabrication d'encres, de peintures. Les matériaux ou objets de l'invention peuvent être utilisés sous forme de poudres, de granulés, ou encore être incorporés dans des matériaux composites, en particulier ceux comportant des fibres de verre, de carbone, d'aramide, ou d'origine végétale (fibres de lin, de chanvre,...). Ces fibres peuvent être des fibres longues ou des fibres courtes, tissées ou non. Les compositions de l'invention peuvent aussi être appliquées comme revêtements, par exemple comme vernis de protection des métaux, protection de tuyaux, protections de sols.
Les compositions de l'invention peuvent encore servir à fabriquer des adhésifs, avantageusement ceux thermoréticulables ou photoréticulables, à encapsuler des connecteurs (la composition de l'invention pouvant être appliquée par potting ou injection), à réaliser des pièces d'isolateurs électriques ou encore à réaliser des prototypes. EXEMPLES
Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter. Exemple comparatif 1 : Synthèse d'un réseau époxy-anhydride en présence de 1% de TBD
On a préparé un matériau vitrimère comme décrit ci-dessous.
Dans un bêcher ont été ajoutés une résine époxy de type DGEBA (DER332 de DOW, Masse Epoxy Equivalente : 174g/eq) sous forme de liquide visqueux, ainsi que du TBD (ALDRICH) à raison de 1% molaire de catalyseur par mole de fonctions époxyde. Le bêcher a été placé dans un bain d'huile thermostaté à 100-120°C jusqu'à dissolution du catalyseur dans la résine pour obtenir un mélange homogène et transparent. On a alors ajouté à ce mélange, hors du bain, de l'anhydride méthyl tétrahydrophthalique (MTHPA) (MW = 166,18g/mol), dans un ratio molaire des fonctions époxyde de la résine aux fonctions anhydride du durcisseur de 1/0,8, puis l'ensemble a été homogénéisé quelques minutes dans le bain avant d'être coulé dans un moule métallique creux de 70x140x3mm légèrement siliconé. Le moule a été solidarisé par un joint en silicone à une plaque métallique recouverte d'un revêtement en Teflon, puis l'ensemble a été introduit dans une presse chauffante préalablement réglée à une température de 140°C et placée en début de cuisson à une pression de 10 bars. La cuisson a été effectuée pendant 17 heures.
On a mesuré la Tg et le module de conservation du matériau ainsi obtenu. Pour ce faire, un échantillon (ci-après, "échantillon 1 ") de ce matériau a été soumis a une analyse mécanique dynamique (DMA) Précisément, un barreau de dimensions 10x30x3mm a été fixé entre deux pinces et sollicité en torsion rectangulaire (déformation imposée de 0,05%) dans un appareil RDA3 de RHEOMETRIC SCIENTIFIC, avec une fréquence de 1 Hz, en effectuant un balayage en température de 25 à 250°C avec une rampe de température de 3°C/min. La valeur de Ta a été déterminée au sommet du pic de la courbe de tan8, et est considérée ci- après comme la Tg de l'échantillon, tandis que le module de conservation G' a été déterminé sur la plateau caoutchoutique à 200°C.
Ce matériau présentait une Tg de 148°C et un module de conservation G' de 14 MPa.
Exemple 2 : Synthèse d'un réseau époxy-anhydride en présence de 1% de TBD et d'un polyol On a préparé trois échantillons de manière identique à l'échantillon de l'exemple 1 , excepté qu'un polyol a été ajouté dans le mélange réactionnel, incorporé sous forme liquide à l'anhydride. On a également mesuré la Tg et le module de conservation G' des matériaux ainsi obtenus, qui sont rassemblés dans le Tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1
* triméthylol propane
On note que ces polyols permettent d'augmenter légèrement le module de conservation des matériaux, qui traduit leur densité de réticulation, sans affecter sensiblement leur Tg. Ceci montre que les polyols ont été incorporés au réseau polymérique et ne se comportent pas comme des plastifiants, contrairement à ce qui aurait pu être attendu.
Exemple comparatif 3 : Synthèse d'un réseau époxy-anhydride en présence de 1% de DBU
Un échantillon de matériau (3) a été préparé de manière identique à l'exemple 1, excepté que le catalyseur était remplacé par du DBU (diazabicycloundécène). Ce matériau présente une Tg de 132°C et un module de conservation à 200°C de 13,6 MPa.
Exemple 4 : Synthèse d'un réseau époxy-anhydride en présence de 1% de DBU et d'un polyol
On a préparé un échantillon (4) de manière identique à l'échantillon de l'exemple 3, excepté qu'un polyol (TMP) a été ajouté sous forme liquide au mélange réactionnel. Ce matériau présente une Tg de 132°C et un module de conservation à 200°C de 12,4 MPa.
Exemple comparatif 5 : Synthèse d'un réseau époxy-anhydride en présence de 10% d'acétylacétonate de zinc Un échantillon de matériau (5) a été préparé de manière identique à l'exemple 1, excepté que le catalyseur était remplacé par l'acétylacétonate de zinc ou Zn(acac)2, avec un ratio molaire des fonctions époxyde de la résine aux fonctions anhydride du durcisseur de 1/1. Ce matériau présente une Tg de 130°C et un module de conservation à 200°C de 13,5 MPa,
Exemple 6 : Synthèse d'un réseau époxy-anhydride en présence de 10% d'acétylacétonate de zinc et d'un polyol
On a préparé un échantillon (6) de manière identique à l'échantillon de l'exemple 5, excepté qu'un polyol (TMP) a été ajouté sous forme liquide au mélange réactionnel. Ce matériau présente une Tg de 125°C et un module de conservation à 200°C de 11 MPa.
La Tg et le module de conservation G' des matériaux ainsi obtenus dans les exemples 3 à 6, sont rassemblés dans le Tableau 2 ci-dessous.
Tableau 2
Exemple 7 : Propriétés mécaniques
On a évalué les propriétés vitrimères des matériaux des Exemples 1 à 6.
Précisément, les échantillons 1 , 2a à 2c, 3 à 6 ont été soumis à une expérience consistant à imposer à une éprouvette de 40x20x2mm une déformation sous flux d'azote, en flexion 3 points, à l'aide d'un appareil Metravib de type DMA50N, après que l'échantillon ait été porté à une température égale à Tg + 100°C ou à 200°C, et stabilisé pendant 5 min à cette température. L'évolution des contraintes induites dans le matériau pour maintenir la déformation constante est suivie pendant 5000 secondes et mesurée à l'aide d'un capteur. On impose ensuite à l'échantillon une force égale à zéro et on mesure la déformation (recouvrance) de l'échantillon pendant 5000 secondes supplémentaires. Lorsque le matériau conserve la déformation qui lui a été imposée, on considère que toutes les contraintes ont été relaxées. On trace ensuite la contrainte normalisée (G/Go) en fonction du temps et on relève, pour chaque essai, le temps de relaxation τ nécessaire pour obtenir une valeur de contrainte normalisée égale à 1/e, ainsi que le pourcentage de contraintes relaxées à 5000 secondes, désigné ci-après par σ5οοο8.
Les résultats obtenus sont rassemblés dans le Tableau 3 ci-dessous.
Tableau 3
Comme il ressort de ce tableau, les catalyseurs selon l'invention (échantillons 2a à 2c, 4 et 6) permettent d'obtenir des matériaux capables de relaxer leurs contraintes de manière aussi complète, et plus rapide, que le matériau obtenu en l'absence de polyol dans le mélange réactionnel (échantillons 1 , 3 et 5). Ils présentent donc de meilleures propriétés vitrimères.
Exemple 8 : Etude de stabilité thermique
On a évalué la stabilité thermique du matériau des exemples 2a et 2b. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus avec le matériau de l'exemple comparatif 1. La mesure a été effectuée par ATG sur un appareil Perkin Elmer de type TGA7, en effectuant un balayage de températures de 25°C à 500°C suivant une rampe de 10°C/min.
Tableau 4
Ces résultats confirment que l'addition de polyol n'affecte pas la stabilité thermique des matériaux vitrimères.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composition comprenant :
- une résine thermodurcissable de type époxy et/ou un durcisseur,
- au moins un polyol, et
- au moins un catalyseur d'effet vitrimère ;
caractérisée en ce que le polyol est un composé renfermant au moins deux fonctions hydroxyle choisi parmi : les diols, et en particulier les glycols ; les polyalkylènes glycols ; les triols ; les tétraols ; les alcools polyvinyliques et leurs mélanges ;
et en ce que le catalyseur d'effet vitrimère est choisi parmi :
- les pyridines ;
- les phosphazènes ;
- les composés de type guanidine ;
- les sels ou complexes métalliques organiques ou inorganiques ou les composés organo- métalliques, de métaux choisis parmi les terres rares, les métaux alcalins et les métaux alcalino-terreux, et notamment les composés de Al, Se, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn, Hf, Pb, Bi, Sb, In, Li, Na, K ;
- et leurs mélanges.
2. Composition selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le polyol est choisi parmi le 1 ,3-propylène glycol, le 1 ,3-butanediol, le 1 ,4-butanediol, le 2,5-hexanediol, le 1 ,6- hexanediol, le butadiène diol, l'éthylène glycol, le 1 ,2-propylène glycol, le néopentylglycol ; les polyéthylène glycols (PEG), les polypropylène glycols (PPG) ; le glycérol, le triméthyloléthane, le triméthylolpropane (TMP), le triméthylolbutane, le 1 ,2,6-hexanetriol ; l'érythritol, le pentaérythritol ; et leurs mélanges ; de préférence le polyol est le glycérol, le triméthylolpropane ou le pentaérythritol.
3. Composition selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que le polyol représente de 0,5% à 40%> et de préférence de 2%> à 25 % en moles de fonctions hydroxy, par rapport au nombre de moles de fonctions époxyde de la résine thermodurcissable.
4. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le catalyseur est choisi parmi :
- la 4-pyrrolidinopyridine et la diméthylaminopyridine ;
- les composés de type guanidine de formule (I) : R1 N
XH-R4
R2 R3
( I )
dans laquelle :
X désigne un atome d'azote ou un groupe -CH-,
Ri désigne un atome d'hydrogène, un groupe alkyle en Ci -Ce ou un groupe phényle pouvant être substitués par un groupe alkyle en C1-C4,
R2, R3 et R4 désignent indépendamment un atome d'hydrogène, un groupe alkyle en Ci-Ce, ou un groupe phényle pouvant être substitués par un groupe alkyle en C1-C4, ou un groupe acétyle,
ou Ri et R2 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un hétérocycle ou insaturé et/ou R3 et R4 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un hétérocycle saturé ou insaturé ;
- les phosphates, carbonates, oxydes, hydroxydes, sulfures, carboxylates, alcoolates, acétylacétonates ou dikétiminatesmétalliques ou les composés organo-métalliques, de métaux choisis parmi Ti, Zn, Zr et Bi, de préférence l'acétylacétonate de zinc ou les alcoolates de titane ;
- et leurs mélanges.
5. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le catalyseur est choisi parmi les composés triazobicyclodécène (TBD), diazabicycloundécène (DBU), diazabicyclononène (DBN), diorthotoluidineguanidine (DOTG) ou 1 ,3- diphénylguanidine (DPG).
6. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le catalyseur est choisi parmi le propoxyde de titane, l'isopropoxyde de titane, le butoxyde de titane et les composés résultant de la réaction de ces alcoolates avec des glycols, tel que le bis(3-phenoxy-l ,2-propandioxyde) de titane.
7. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur représente de 0, 1 à 50% en mol, de préférence de 0, 1 à 15%> en mol, plus préférentiellement de 0,5 à 10% en mol, relativement à la quantité molaire de fonctions époxy contenues dans ladite résine thermodurcissable.
8. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la résine thermodurcissable est un diglycidyl éther de bisphénol A (DGEBA).
9. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le durcisseur est choisi parmi les anhydrides d'acide carboxylique comportant au moins une fonction -C(0)-0-C(0)- et les acides comportant au moins deux fonctions acides carboxyliques -C(0)OH, de préférence les anhydrides d'acide carboxylique.
10. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la teneur en résine thermodurcissable et/ou en durcisseur va de 10% à 90 % en poids, notamment de 20 % à 80 % en poids voire de 30 à 70 % en poids, relativement au poids total de la composition, le complément à 100 % étant apporté par le catalyseur, le polyol et éventuellement par des composés additionnels choisis parmi : des polymères, des pigments, des colorants, des charges, des plastifiants, des fibres longues ou courtes, tissées ou non, des agents retardateurs de flamme, des agents antioxydants, des lubrifiants, du bois, du verre, des métaux et leurs mélanges.
11. Utilisation de la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour la fabrication d'un objet en résine thermodurcie déformable à chaud.
12. Objet comprenant une résine thermodurcie obtenue à partir d'une composition telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 10.
13. Procédé de déformation d'un objet, tel qu'un procédé d'assemblage, de soudage, de réparation ou de recyclage, comprenant l'application à un objet conforme à la revendication 12 d'une contrainte mécanique à une température (T) supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la résine thermodurcie.
14. Utilisation d'un ou plusieurs objets conformes à la revendication 12 dans les domaines de l'automobile, l'aéronautique, le nautisme, l'aérospatiale, le sport, le bâtiment, l'électrique, l'isolation électrique, l'électronique, l'éolien, l'emballage ou l'imprimerie.
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